CN101310166A - 磁感生式流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁感生式流量测量装置(1)，其具有：被介质(11)基本沿着测量管轴线(3)的方向流经的测量管(2)、产生穿过所述测量管(2)的并且基本垂直于所述测量管轴线(3)地分布的交替的磁场的磁系统(6、7)、两个基本布置在基本垂直于所述测量管轴线(3)且基本垂直于所述磁场的连接线上的测量电极(4、5)、以及控制分析单元(8)，所述控制分析单元(8)根据在所述测量电极(4、5)量取的测量电压确定所述介质(11)通过所述测量管(2)的体积流量或者质量流量。为了尽早地识别在流量测量装置(1)处的故障状态，所述控制分析单元(8)确定直到达到所述测量装置(1)的稳定测量状态的当前的实际控制时间；随后所述控制分析单元(8)将所述当前的实际控制时间与所述测量装置(1)的预给定的、直到达到稳定测量状态的额定控制时间比较，如果所述实际控制时间大于所述预给定的额定控制时间，则所述控制分析单元生成故障信息。

Description

磁感生式流量测量装置
技术领域
本发明涉及一种磁感生式流量测量装置，其包括：测量管，所述测量管被介质基本沿着测量管轴线的方向流经；磁系统，所述磁系统产生穿过所述测量管的并且基本垂直于所述测量管轴线分布的、交替的磁场；两个测量电极，所述测量电极基本布置在连接线上，其中，所述连接线基本垂直于所述测量管轴线和所述磁场地取向；以及控制分析单元，所述控制分析单元根据在所述测量电极处量取的测量电压确定所述介质通过所述测量管的体积流量或者质量流量。
背景技术
为了体积流量测量，磁感生式流量测量装置充分利用了电动力学的感应原理：介质的垂直于磁场移动的电荷载体使得同样基本垂直于介质流动方向布置的测量电极感生出电压。这种在测量电极感生的测量电压与介质的通过测量管的横截面的平均流动速度成比例，它也与体积流量成比例。此外，在介质密度已知情况下能够获得通过流过测量管的介质的质量流量。测量电极通常与介质直流电地或者电容性地耦合。
与借助磁感生测量装置确定和/或监视体积流量相关的是，当前技术发展越来越多朝向这样一个方向，即除了体积流量之外还给用户提供关于测量装置的操作性能的信息。与此相关的流行语是“有预见性的维护”。这种努力的目标最终是排除测量装置的暂停时段和故障时段或者使其降至最低。
发明内容
因此本发明的任务在于，尽可能地改善磁感生式流量测量装置，即提供关于测量装置缺陷或者测量装置各个组件的缺陷信息。
该任务将如此解决，所述控制分析单元确定直到达到所述测量装置的稳定测量状态时的当前的实际控制时间；所述控制分析单元将所述实际控制时间与所述测量装置的预给定的、直到达到所述稳定测量状态的额定控制时间进行比较；并且如果所述实际控制时间比所述预给定的额定控制时间大，则所述控制分析单元生成故障信息。在此，控制时间是这样一种时间，其是在启动结束之后直到磁感生流量测量装置达到稳定的运行状态所需的时间。测量装置通过迭代逼近处理达到这种稳定运行状态，在所述迭代逼近处理中获得控制量或多个控制量，用于优化地、传感器特定地切换磁场。相应的逼近处理在现有技术中是已知的并且将在下面详细介绍。如果流量测量装置的普通的预给定的控制时间在稍后的时间点被超越，这就表明了在该流量测量装置中存在缺陷。
特别地，设计：如果在直到达到所述测量装置的稳定测量状态的所述当前的实际控制时间和所述额定控制时间之间的偏差处于预给定的允差值之外，则所述控制分析单元生成所述故障信息。
根据本发明的装置的有利的改进实施例建议：所述控制分析单元基于超越所述预给定的额定控制时间的、直到达到所述测量装置的稳定测量状态的实际控制时间，生成所述故障信息，即所述磁系统的机械稳定性受到干扰。于是被延长的控制时间意味着：例如磁系统的极靴的固定不再存在。由于机械不稳定在切换磁场时所引发的波动非常明显地延长了线圈电流的控制时间。根据本发明因而通过控制时间的监视可靠地识别到机械不稳定的磁系统。
正如已经指出的，所述额定控制时间是这样的时间，该时间持续直至所述测量装置检测到用于至少一个控制量的最优值。所述控制量是传感器特定的量，特别是磁场强度或者根据磁场切换流过磁系统的线圈系统的线圈电流。
如已经在前面提到的，所述控制分析单元优选通过迭代逼近处理确定所述传感器特定的量或者所述控制量，其中，所述逼近处理借助所述传感器特定的量或者所述控制量的预给定的初始值开始处理。根据本发明的流量测量装置的有利的实施样式设计：所述控制分析单元迭代地求出的所述传感器特定的量或者所述控制量是最小时间段，需要该时间段，到所述时间段为止流经通过线圈系统的电流达到基本恒定的电流终值Icont。
在磁感生的流量测量装置中，磁场的切换通过流过磁系统的线圈的线圈电流来调节。理想状况下，在线圈系统内的电流分布对应于磁场分布。由于在磁场切换过程中在线圈系统的极靴和内核产生的扰流，在实际情况下出现相对于理想状况的偏差。在线圈系统之外测量的线圈电流，因而对应于流经线圈的电流和由该扰流产生的电流的和。如果把所述在线圈系统之外测量的电流应用为控制量，则由此尽管电流不恒定，但磁场恒定。只要该扰流不消失，这将一直保持。
为了克服这些弊端，在EP 0 969 268 A1中建议，不把电流直接用于引导电压通过线圈系统。为了快速地更换磁场的方向，在磁场切换时以一定上升持续时间在线圈系统上施加过电压。过电压的持续时间将被逐渐地调节，即在上升持续时间结束之后达到电流最大值，由此不会出现线圈电流的另一个上升。在达到最大值后，线圈电流渐进地接近电流终值。根据这一现有技术中已知的解决方法，磁场在达到电流最大值时具有对应于恒定磁场终值的恒定的电流终值。切换期的持续时间通过线圈电流的特性得出。因为测量信号的稳定性首先被感生的从线圈系统到测量电极的耦合消极影响，在测量测量电极之间的电压差值时不仅线圈系统之上的电压必须保持恒定，而且通过线圈的电流也要保持恒定。在由现有技术已知的解决方案中基于渐进的终值接近，仅当扰流完全消失时，才能出现上述情况。由EP 1 460 394 A2公开的、根据本发明的流量测量装置的另选的实施形式建议，由控制分析单元迭代求出的传感器特定的量或者控制量是参考时间段tref，当控制分析单元在磁场切换时把过电压Udrv施加到线圈系统，其中，所述过电压Udrv在到达稳定测量状态时如此测量，即流经线圈系统的电流在经过了参考时间段之后始终比基本恒定的电流终值Icont小。
最佳时间段tshort的检测优选借助试错法完成。在切换期内检测得到的测量值将被用于针对后续的切换期的时间段tshort的优化。
优选地将采取下述方法：控制分析单元在第一切换过程中以预给定时间段tshort地把反向电压施加到线圈系统；随后控制分析单元在预给定的时间段tcont内检测多个电流测量值；对于这种情况，即时间段tshort用尽之后，电流终值仍未被达到，则增大时间段tshort；对于这种情况，即时间段tshort用尽之前，电流终值提前就被达到，则减小时间段tshort。
根据本发明的装置的有利的改进实施例设计：所述控制分析单元以预给定的周期的或者非周期的间隔检查所述实际控制时间。另选地建议：所述控制分析单元通过命令触发实际控制时间的确定或监测。
附图说明
结合随后的附图详细论述本发明。其中：
图1示意性地示出根据本发明的流量测量装置；以及
图2示出用于操纵控制分析单元的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的流量测量装置1的实施样式。介质11沿着测量管轴线3方向流经测量管2。介质11至少在很小的周边内可导电。测量管2自身由不导电材料制成，或者至少在其内表面涂装了非导电材料。
基本垂直于介质11的流动方向地取向的磁场B通过对置的线圈系统6、7或者说通过两个电磁装置生成。在磁场B的影响之下，在介质11内的电荷载体根据不同的极性移动到两个极性相反的测量电极4、5。在测量电极4、5上产生的电压与介质11的通过测量管2横截面的平均流动速度成比例关系，这就意味着，它是介质11在测量管2内的体积流量的一个尺度。此外测量管2通过例如法兰的、在图中未特别示出的连接元件与介质11流经的管路系统连接。
在这两种所示的情况下，测量电极4、5与介质11处于直接的接触中，这种耦合也可以如之前所述是电容性的。
通过连接线路12、13，测量电极4、5与控制分析单元8连接。线圈系统6、7和控制分析单元8之间的连接通过连接线路14、15实现。控制分析单元8通过连接线路16与输入输出单元9连接。存储器单元10属于该控制分析单元。
图2示出了用于操纵控制分析单元8的流程图。各个控制量的初始值分别依赖于所采用的迭代逼近处理来提供。如果例如采用EP 0 969268 A1所建议的迭代逼近处理，那么必须给出初始值，用于在其内过电压被施加到所述线圈系统的上升持续时间和所述过电压自身。
如果应用在EP 1 460 394 A2中已知的解决方法，那么用于参考时间段tref的初始值是必须的，在该参考时间段内控制分析单元在磁场的切换过程中把过电压Udrv施加到线圈系统，其中所述过电压Udrv在到达稳定测量状态时如此测量，即流经线圈系统的电流在经过了参考时间段之后始终比基本恒定的电流终值Icont小。此外在这种情况下用于过电压Udrv的初始值必须给出。
在程序点20通过所选的迭代逼近处理确定额定控制时间，在程序点21存储所获得的额定控制时间。
在点22，在随后的时间点(例如流量测量装置1的重新启动之后)检测直到达到该测量装置1的稳定的运行状态的实际控制时间，并且与所存储的额定控制时间比较。如果实际控制时间超过预给定的额定控制时间以时间段Δ(该检测步骤在程序点23实现)，那么这是测量装置的机械缺陷的一个指示，所述机械缺陷影响磁场的正确的切换。在这种情况下，在程序点24给出故障信息。缺陷例如可以是由于固定的松动而导致的磁系统的松动。由于磁系统的机械不稳定和随后在磁场切换时激发的波动，线圈电流的调节过程被延长，进而延长了额定控制时间。
如果与此相反在程序点22实际控制时间处于额定控制时间附近的预给定的允差Δ内，那么将在合适的下一个时间点再次确定实际控制时间，并且与预给定的额定控制时间比较。
附图标记
1.磁感生式流量测量装置
2.测量管
3.测量管轴线
4.测量电极
5.测量电极
6.线圈系统
7.线圈系统
8.控制分析单元
9.输入输出单元
10.存储单元
11.测量介质
12.连接线路
13.连接线路
14.连接线路
15.连接线路
连接线路

Claims (11)

1.磁感生式流量测量装置(1)，其具有：
测量管(2)，所述测量管(2)被介质(11)基本沿着测量管轴线(3)的方向流经，
磁系统(6、7)，所述磁系统(6、7)产生穿过所述测量管(2)的并且基本垂直于所述测量管轴线(3)分布的、交替的磁场，
两个测量电极(4、5)，所述测量电极(4、5)基本布置在连接线上，其中，所述连接线基本垂直于所述测量管轴线(3)和所述磁场地取向，以及
控制分析单元(8)，所述控制分析单元(8)根据在所述测量电极(4、5)处量取的测量电压确定所述介质(11)通过所述测量管(2)的体积流量或者质量流量，
其特征在于，
所述控制分析单元(8)确定直到达到所述测量装置(1)的稳定测量状态的、当前的实际控制时间，
所述控制分析单元(8)将所述实际控制时间与所述测量装置(1)的预给定的、直到达到所述稳定测量状态的额定控制时间进行比较，并且
如果所述实际控制时间比所述预给定的额定控制时间大，则所述控制分析单元(8)生成故障信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，如果在直到达到所述测量装置(1)的稳定测量状态的所述当前的实际控制时间和所述额定控制时间之间的偏差处于预给定的允差值(Δ)之外，则所述控制分析单元(8)生成所述故障信息。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述控制分析单元(8)基于超越所述预给定的额定控制时间的、直到达到所述测量装置(1)的稳定测量状态的实际控制时间，生成所述故障信息，即所述磁系统(6、7)的机械稳定性受到干扰。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述额定控制时间是这样的时间，所述时间持续直至所述测量装置(1)检测到用于至少一个控制量的最优值。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制量是传感器特定的量。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制量是磁场强度或者根据磁场切换而流过所述磁系统(6、7)的线圈系统的线圈电流。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述控制分析单元(8)通过迭代逼近处理确定所述传感器特定的量或者所述控制量，其中，所述逼近处理借助所述传感器特定的量的或者所述控制量的预给定的初始值开始处理。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制分析单元迭代地求出的所述传感器特定的量或者所述控制量是最小时间段，到所述时间段为止流过所述线圈系统(6、7)的电流(Is)已经达到基本恒定的电流终值(Icont)。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制分析单元迭代地求出的所述传感器特定的量或者所述控制量是参考时间段(tref)，在所述参考时间段内所述控制分析单元(8)在磁场(B)的切换过程中把过电压(Udrv)施加到所述线圈系统，其中，所述过电压(Udrv)在到达所述稳定测量状态时如此测量，即流过所述线圈系统的所述电流在经过所述参考时间段(tref)之后，始终比基本恒定的电流终值(Icont)小。
10.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述控制分析单元(8)以预给定的周期的或者非周期的间隔检查所述实际控制时间。
11.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，所述控制分析单元(8)通过命令触发所述实际控制时间的检查。
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