CN101263367A - 用于确定磁感应流量计的工作点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定磁感应流量计(1)的工作点的方法，该流量计用于检测管道或测量管(2)中流经的介质(11)的体积流量或质量流量，其中令由线圈装置(6，7)产生的交变磁场(B)施加于管道或测量管(2)；其中确定和存储在磁场(B)转向之后直至达到至少近似恒定磁场的上升时间(ta)，其依赖于各个磁感应流量计(1)；其中确定在至少近似恒定的磁场的情况中用于提供流量测量值的最小测量时间(tM)；并且其中确定最优测量周期(Topt)作为传感器特定的上升时间(ta)和最小测量时间(tM)之和并且将其用于操作流量计(1)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定磁感应流量计的工作点的方法，该流量计用于检测管道或测量管中流经的介质的体积流量或质量流量。
背景技术
通常磁感应流量计包括以下元件：
-测量管，介质基本在测量管轴线的方向上流经该测量管；
-磁体装置，其产生基本垂直于测量管轴线贯穿测量管的交变磁场；
-两个测量电极，其位于测量管中基本垂直于测量管轴线以及磁场的连接线上；和
-控制/分析单元，其基于在测量电极上得到的测量电压确定流经测量管的介质的体积流量或质量流量。
磁感应流量计利用电磁感应原理测量体积流量：垂直于磁场运动的介质载流子在同样基本垂直于流动方向设置的测量电极中感生电压。这个在测量电极中感应的测量电压与在测量管横截面上平均的介质流速成比例；于是它与体积流量成比例。在已知介质密度的情况中，还可以得到流经测量管的介质的质量流量。测量电极通常与介质流电地或电容地耦合。
通常，交变磁场的控制是使用线圈电流实现的：在理想情况中，磁场与线圈装置中流动的电流成比例，因为磁感应流量计的测量频率或磁场频率(即，交变磁场发生翻转的频率)高度依赖于线圈装置的电感。由于制造公差，各个流量计的线圈装置的电感不同。另外，在磁场转向期间在线圈装置的极靴和铁心中发生涡流。由于涡流，在线圈装置外部测量的线圈电流不对应于在线圈中流动的电流和由涡流产生的电流之和。如果线圈装置外部测量的电流用作控制变量，那么电流是恒定的，但磁场不是恒定的。结果，达到恒定磁场的实际上升时间是具有较大测量误差的传感器特定的变量。
磁场频率或测量频率在已知的磁感应流量计中是固定的。将它选择地足够大，使得即使对于确信往往不受欢迎的上升时间，用于以期望的测量精度执行体积流量或质量流量测量的测量时间也足够大。这种估计方案的缺点很明显：由于原理上磁场频率或测量频率被设置得比实际需要的大，每单位时间提供的测量值的数目就小于在最优调整的测量频率的情况中。这个限制的最终结果是测量精度降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法，以优化测量频率或磁场的转向频率。
该目的通过以下特征实现：令由线圈装置产生的交变磁场施加于管道或测量管；确定和存储在磁场转向之后直至达到至少近似恒定磁场的上升时间，其依赖于各个磁感应流量计；确定在至少近似恒定的磁场的情况中用于提供流量测量值的最小测量时间；并且由传感器特定的上升时间和最小测量时间之和确定最优测量周期并且将其用于操作流量计。
在本发明的方法的具有优点的进一步发展中，流经线圈装置的线圈电流作为用于磁场的控制变量。正如上面已经提到的，这种技术方案不是最佳的，因为在磁体装置的极靴和铁心中产生涡流。于是，本发明的方法的具有优点的实施例中，线圈电流受到控制，使得在磁场转向之后依赖于传感器的上升时间最小化。
当通过在磁场转向预定的参考时间长度trev向线圈装置施加过电压而将传感器特定的上升时间最小化时，本发明特别具有优点。特别地，施加过电压的参考时间长度trev被这样连续控制，使得在传感器特定的上升时间结束时，线圈电流或磁场至少近似恒定。另外，这样设定过电压的大小，使得在参考时间长度trev结束之后，流经线圈装置的线圈电流稳定地朝向基本恒定的电流终值降低。另外，从EP 0 969 268 A1已知相应的线圈电流控制。
为了进一步优化上升时间，本发明的方法的进一步发展提出，在参考时间长度trev结束之后，反电压被施加于线圈装置预定的时间长度tshort，以近似补偿在转向过程期间在线圈装置中感应的涡流的影响。EP1 460 394 A2记载了相应的实施方式。于是，电磁线圈装置在时间长度tshort期间被短路。或者，在时间长度tshort期间流经线圈装置的电流方向翻转。最优时间长度tshor的确定优选地利用试验及误差方法进行。在转向阶段确定的测量值用于优化下一转向阶段的时间长度tshor。优选地，在这种情况中步骤如下：在第一转向过程期间，控制/分析单元将反电压施加于线圈装置预定的时间长度tshor；随后，在预定的时间长度tcont内控制/分析单元检测多个电流测量值；对于在时间长度tshor结束时没有达到电流终值的情况，增加时间长度tshor；对于在时间长度tshor结束之前先达到电流终值的情况，减少时间长度tsho。
另外，缓冲时间tDELAY被添加至最优上升时间与最小测量时间之和。特别地，缓冲时间tDELAY是这样计算的：磁场的转向基本与后来的磁感应流量计操作频率过零同步。操作频率例如是电网频率。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是磁感应流量计的示意图，其工作点根据本发明得到调整；
图2是线圈装置的等效图；和
图3是用于解释本发明调整磁感应流量计的方法的流程图。
具体实施方式
图1是磁感应流量计1的实施例的示意图，其工作点被根据本发明的方法调整。介质11在测量管轴线3的方向上流经测量管2。介质11至少在较小程度上导电。测量管2由非导电材料制成，或者在其内表面涂敷非导电材料。
垂直于介质11流动方向的磁场B是通过在直径上相对的线圈装置6、7或两个电磁体产生的。在磁场B的影响下，介质11中的载流子依赖于极性而迁移至两个极性相对的测量电极4、5。在测量电极4、5上建立的电压与在测量管2的截面上平均的介质11的流速成比例，即，电压是测量管2中介质11的体积流量的量度。另外，测量管2经由图中未显示的连接件(例如法兰)与管道系统连接，介质11流经该管道系统。
测量电极4、5与介质11直接接触；然而，正如上面已经提到的，可以电容地实现耦合。
经由连接线12、13，测量电极4、5与控制/分析单元8连接。线圈装置6、7和控制/分析单元8之间的连接是经由连接线14、15实现的。控制/分析单元8经由连接线16与输入/输出单元9相连。存储单元10被分配给控制/分析单元8。
在理想磁体系统的情况中，或者在理想线圈装置6、7的情况中，电流分布对应于由线圈装置6、7产生的磁场B的分布。在这种条件下，可以精确计算达到恒定磁场的上升时间ta。实际情况与理想情况不同：磁感应流量计中使用的线圈装置6、7的线圈通常具有线圈铁心和/或极靴。控制/分析单元8向线圈装置6、7施加电流，使得磁场B周期性改变方向。由于在极靴和线圈铁心中产生的涡流，在两个转向半周期中的线圈电流IL的量不相等。而是，在线圈装置6、7外部测量的电流IM通常对应于由线圈电流IL和涡流IEDDY构成的总和电流IM。由于在线圈装置6、7外部测量的电流IM通常由控制/分析单元8用作控制变量，所以电流IM实际是恒定的，但是贯穿测量管2的磁场B不是恒定的。图2显示了线圈装置6、7的相应的等效电路。
从现有技术(特别是参见EP 0969268A1和EP 1460394A2)，给出了如何尽可能迅速达到恒定磁场的技术方案。这两个专利申请的内容在这里通过参考而完全合并，作为本说明书的一部分。要注意的是，上面对于不同时间长度使用的参考标记与两个欧洲专利申请中使用的参考标记对应。
图3显示了用于解释本发明调整磁感应流量计1的方法的流程图。期望的测量时间tM和缓冲时间tDELAY被指定，其中测量时间tM和缓冲时间tDELAY都可以是计算变量。特别地，它们可以与外部的影响变量(诸如电网频率或流量脉动)同步。程序在程序点20开始。在程序点21，确定传感器特定的上升时间ta。例如，上升时间ta的确定是通过测量线圈电流IM(具有较高测量误差的测量)而实现的，或者通过使用上面已经多次提到的优化方法而实现的，以保证磁场在转向后尽可能迅速地达到恒定值。
在程序点22，上升时间ta和指定的测量时间tM相加。基于总和确定操作磁感应流量计1的优化测量时间Topt。在程序点23还有缓冲时间tDELAY添加至在程序点22形成的和。在程序点24，基于在程序点23确定的测量时间切换磁体装置6、7。随后在点25，以增加的测量精度确定介质1经过测量管2的体积流量。
附图标记
1 磁感应流量计
2 测量管
3 测量管轴线
4 测量电极
5 测量电极
6 线圈装置
7 线圈装置
8 控制/分析单元
9 输入/输出单元
10 存储单元
11 介质
12 连接线
13 连接线
14 连接线
15 连接线
16 连接线
Claims (9)
1.用于确定磁感应流量计(1)的工作点的方法，该流量计检测介质(11)流经管道或测量管(2)的体积流量或质量流量，其中由线圈装置(6，7)产生的交变磁场(B)施加于管道或测量管(2)；其中确定并存储在磁场(B)转向之后直至达到至少近似恒定磁场的上升时间(ta)，其依赖于各个磁感应流量计(1)；其中确定在至少近似恒定的磁场的情况中用于提供流量测量值的最小测量时间(tM)；以及其中确定最优测量周期(Topt)作为传感器特定的上升时间(ta)和最小测量时间(tM)之和并且将其用于操作流量计(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中流经线圈装置(6，7)的线圈电流(IM)作为用于磁场(B)的控制变量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中线圈电流(IM)受到控制，使得在磁场(B)转向之后依赖于传感器的上升时间(ta)最小化。
4.根据权利要求3所述的方法，其中通过在磁场(B)转向预定的参考时间长度(trev)向线圈装置(6，7)施加过电压，而将传感器特定的上升时间(ta)最小化。
5.根据权利要求4所述的方法，其中施加过电压的参考时间长度(trev)被连续控制，使得在传感器特定的上升时间(ta)结束时，线圈电流(IM)或磁场(B)至少近似恒定。
6.根据权利要求4所述的方法，其中设定过电压的大小使得在参考时间长度(trev)结束之后流经线圈装置(6，7)的线圈电流(IM)稳定地朝向基本恒定的电流终值降低。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其中在参考时间长度(trev)结束之后，反电压被施加于线圈装置(6，7)预定的时间长度(tshort)，设定该反电压的大小使得近似补偿在转向过程期间在线圈装置(6，7)中感应的涡流(IEDDY)的影响。
8.根据权利要求1所述的方法，其中缓冲时间(tDELAY)被添加至最优上升时间(ta)与最小测量时间(tM)之和。
9.根据权利要求8所述的方法，其中缓冲时间(tDELAY)是这样计算的：磁场(B)的转向基本与时间上随后的操作频率过零同步进行。
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