CN101311684B - 热式质量流量计及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热式质量流量计用以确定通过容器的质量流量。对此在一个支架上安装传感器装置，其浸入一个包含流动的介质的容器内。建议，传感器装置包括第一和第二测量元件，其中分别加热一个测量元件而不加热另一个测量元件，并且两个测量元件可轮流地加热。两个测量元件具有不同的表面特性，并且在各测量元件上不同地引导介质的流动。

Description

热式质量流量计及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种热式质量流量计，用以确定通过容器的材料流量及其操作方法。

背景技术

这样的质量流量计很久以来是已知的。热式质量流量计的测量原理基于一安装在支架上的加热元件在其浸入一流动的流体时的冷却。流过加热元件的表面的流动吸收热量并因此冷却加热元件。结构和特性原则性示于图1中。流动吸收的热量对此取决于在表面与流体之间的温度差以及流动本身。这可以通过函数：

$\stackrel{\·}{q}=\mathrm{\α}(T_o-T_F)$

来描述，其中为带走的热量，(T_o-T_F)为温度差，α为比例常数。

比例常数α对此直接取决于流动并且是加热元件上的质量流密度的函数

如果现在在表面与流体之间的温度差以及为产生该温度差需要的加热功率是已知的，则因此可以由此确定经过加热元件的质量流量。

为了实际地实施这样一种热式质量流量测定，因此如图1中所示现在将两个温度传感器置于流动中，其中一个温度传感装置被加热并且用于流量测定。第二温度传感器用于流体温度T_F的测定。

对此总的来说纯静态地以一恒定的加热功率或一在加热器与流动之间的恒定的温度差实现测定。但在这方面也可以实现一脉动的操作，其以稍微较高的费用利用。

但对于全部这些测定重要的是，实现加热功率和温度差的很精确的测定。对此可以不直接测量传给流动的热量，而通过投入的电加热功率的测定来确定。但由于结构造成的，施加的电加热功率并不完全直接由传感器头传给流动，而是一部分热量流入传感器头的支架中并且从那里被传给周围环境或远离测量元件传给流动。由于该热流也进入质量流量的测定中，其直接影响测量结果并且在热式质量流量计的使用中构成大的误差源。部分地将其在质量流量计的校准中加以考虑。但由于其特别依赖于流动条件和温度条件在流动中强烈地波动，其也只能有条件地在校准中考虑并且仍构成大的误差源。因此为了开发一种热式质量流量计试图将该损失热流尽可能保持很小，以便由此获得尽可能精确的流动测定。

为了减小这样的影响因此通常在热式质量流量计的开发中试图将在流动中的直接的热流与在支架中的损失之间的比例尽可能调节成很大。亦即在加热器与流动之间产生一很好的热接触并同时通过相应的绝缘减少流入支架的散热。US 5 880 365中指出一可能的实施形式。绝缘对此总的来看包围传感器头的整个支架，以便产生尽可能高的绝缘作用。

传给流动的热量是流量的一个度量。如果直接经由传感器和间接经由支架传给流动的热量处于一恒定的关系，则可以通过校准确定在热量与质量流量之间的唯一的关系。在这方面假定，经由传感器和支架传走的损失热流只取决于流量和传感器本身的结构。

但在实际的过程条件下，在直接与间接传给流动的热量之间的恒定的只取决于流量的关系的假设证明是错误的。对这样的错误的主要原因是通流介质中的污染，它们沉积在传感器和支架的表面上并从而导致热传递的改变。如果例如传感器与气体之间的传热变坏，则供给的热量以较大程度经由支架排走。在校准时预先发现的在传感器与支架的放热之间的关系因污染而改变。

污染因此构成非本意的伪化校准并从而伪化测定的后果。由于不可能识别传感器头的污染，其导致严重的测量值失真。

污染的质量计由于支架中的热损失而显示一过小的测量值。在灌注过程中存在过充满的危险。在计算时算出一过小的值。

虽然通过经常的大多数耗费的再校准可以对付该问题，但为此必须拆卸传感器。不利的是为此必须中断过程。由于因污染引起的失准的时刻不可能预测，常常必须不必要地在狭窄的时间间隔内进行校准。“在需要时”校准是不可能的。

还已知就地利用一独立的第二传感器的监控。但由于两传感器受到同样的污染。这导致平行漂移，从而再次不可能识别误差。此外由于过多的传感器系统显著地提高安装和维护的费用。

发明内容

因此本发明的目的在于，无过程中断地可靠地识别已知的热式质量流量计的漂移。

本发明实现一种热式质量流量计，包括至少一个在支架上安装的传感器装置，所述传感器装置浸入一个包含流动的介质的容器内；其特征在于，传感器装置包括第一和第二测量元件，其中分别加热一个测量元件而不加热另一测量元件，并且两个测量元件可轮流地加热，两个测量元件具有不同的表面特性，并且在各测量元件上不同地引导介质的流动。

本发明还实现一种用于操作热式质量流量计的方法，该质量流量计包括至少一个在支架上安装的传感器装置，所述传感器装置浸入一个包含流动的介质的容器内；其特征在于，利用两个彼此具有不同表面特性的测量元件测量流量，将两个测量元件轮流地阶段式加热；阶段式相互比较各测量元件的测量值；在测量元件的测量值之间的偏差在接着的阶段中识别作为测量元件的改变，在接着的阶段中只在几乎恒定的流量时评价在测量元件的测量值之间的偏差。

为了提高测量方法的测量可靠性而无上述限制，建议，通过由同一传感器系统利用测量元件A和B的两种操作方式得到的测量结果的相互比较识别污染并且通过适当的结构的和/或测量技术的措施考虑各测量元件的不同的污染速度和由此对操作方式的不同的影响。

按选择借助已知的方法通过在恒定的加热功率时的过热确定或在恒定的过热时的功率确定来实现流量确定。优选在恒定的流量时实施污染识别。借此避免因在流量中的动态引起的测量误差。

在第一操作方式中，加热测量元件A，而测量元件B用于确定介质温度。

在第二操作方式中，加热测量元件B，而测量元件A用于确定介质温度。

传感器系统轮流地以两种操作方式操作并相互比较此时求得的测量结果。只要各测量结果是相同的，则源自一未受污染损害的传感系统。在彼此偏离的测量结果中存在损害。

在两种操作方式中校准质量流量计。无污染时经由第一和第二操作方式确定的测量值的差额是相同的或小于测量精度。如果由于上述措施导致测量元件A和B的不等的污染，则其对两种操作方式具有不同的影响。因此可靠地识别污染。如果偏差大于一可自由选择的界限值，则可进行“按需要的”再校准。

由此迅速变化的流量不同样导致在两种操作方式中的测量值的差异，只在几乎恒定的流量时允许评价两种操作方式之间的测量值偏差。

附图说明

以下借助一个实施例更详细地说明本发明。对此需要的附图显示：

图1热式质量流量计的原理图；

图2测量流量的原理图。

具体实施方式

图2中原则性示出一个具有两个测量元件的测量装置。其中一个测量元件加热操作。

在本发明的优选实施形式中对各测量元件设置不同的导流。借此通过不同的流动达到污染粒子在两个测量元件上的不同的沉积行为。

在本发明的另一实施形式中设定，两种操作方式中的占空比

是不对称的，加热的各测量元件可以使湿的污物干燥，这导致两个测量元件的不同的较快的污染，因为湿的和干燥的污物不同程度地粘附在各测量元件上。通过各操作方式的不对称的占空比达到污物粒子在两个测量元件上的不同的沉积行为。

在本发明的另一实施形式中设定，将两个测量元件的表面特性构成不同的。对此可以设定，改变各测量元件的表面粗糙度。或者可以设定，一个测量元件的表面配备抗粘附层并借此达到污物粒子在两个测量元件上的不同的沉积行为。

此外可以设定，相互组合多个上述器件以便引起污物粒子的不同的沉积行为。

在任何情况下污物粒子在两个测量元件上的不同的沉积行为导致可检测的测量值差。

Claims (5)

1.热式质量流量计，包括至少一个在支架上安装的传感器装置，所述传感器装置浸入一个包含流动的介质的容器内；其特征在于，传感器装置包括第一和第二测量元件，其中分别加热一个测量元件而不加热另一测量元件，并且两个测量元件可轮流地加热，两个测量元件具有不同的表面特性，并且在各测量元件上不同地引导介质的流动。

2.按照权利要求1所述的质量流量计，其特征在于，两种操作方式的占空比是不对称的。

3.按照权利要求1或2所述的质量流量计，其特征在于，其中一个测量元件的表面配备抗粘附层。

4.按照权利要求1或2所述的质量流量计，其特征在于，测量元件的表面粗糙度是不同的。

5.用于操作热式质量流量计的方法，该质量流量计包括至少一个在支架上安装的传感器装置，所述传感器装置浸入一个包含流动的介质的容器内；其特征在于，利用两个彼此具有不同表面特性的测量元件测量流量，将两个测量元件轮流地阶段式加热；阶段式相互比较各测量元件的测量值；在测量元件的测量值之间的偏差在接着的阶段中识别作为测量元件的改变，在接着的阶段中只在几乎恒定的流量时评价在测量元件的测量值之间的偏差。

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