CN101467010B - 确定体积流量或质量流量的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定导磁介质(11)的体积流量或质量流量的方法，所述导磁介质流经具有规定的公称内径(DN)的磁感应流量计(1)，其中，流量计(1)被施加有周期性变化的磁场(B(t))，其中，确定直至达到测量磁场的恒定量(B_const.)的实际上升时间(t_IST)，其中，把实际上升时间(t_IST)与额定上升时间(t_SOLL)进行比较，所述额定上升时间是在基准介质(Ref)以流量(Ф_Ref)流经流量计(1)时测定的，并且其中，根据实际上升时间(t_IST)与额定上升时间(t_SOLL)的偏差(Δt)确定测量误差(F)，并通过补偿测量误差(F)而修正实际测量的导磁介质(11)的体积流量或质量流量(Ф_IST)。

Description

确定体积流量或质量流量的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种确定介质体积流量或质量流量的方法与装置，所述介质流经具有规定的公称内径的磁感应流量计。

背景技术

通常是把水用作基准介质对磁感应流量计进行校准。水是轻度抗磁的，其中水的导磁性，说得确切一些是水的磁化率相对较低。稍后在场中使用时，如果一种具有高导磁性的介质——例如当介质具有铁磁成份并且由此而具有非常高的磁化率时是这种情况——流经相应校准的流量计或者是相应校准的设备类型，那么测量值会大大失真，因为所述导磁介质会大大影响测量装置的磁阻。例如带有磁铁的添加物的水是所述导磁介质。在这种测量中，出现直至100％的测量误差。在这样大的测量误差下，当然不可能可靠地并且可再现地测量体积流量或质量流量。

发明内容

本发明的任务在于，建议一种用于精确确定导磁介质的体积流量或质量流量的方法与装置。

与方法有关，通过以下方式可以解决该任务，即，给流量计施加周期性变化的磁场，确定直至达到测量磁场恒定量时的实际上升时间，并把实际上升时间与额定上升时间进行比较，所述额定上升时间是在基准介质流经流量计时测定的，并且根据实际上升时间与额定上升时间的偏差可以确定测量误差，通过补偿该测量误差的方式修正实际测量的导磁介质的体积流量或质量流量。实际上升时间与额定上升时间之间的位于规定公差之外的偏差也可以做出这个意思的解释，即，具有高导磁性的介质流经流量计。

参照本发明的方法充分利用了以下情况，即磁场上升时间与流经流量计的介质的导磁性之间存在一种明显的函数关系。如果介质具有导磁性，那么直至达到恒定磁场的磁场上升时间或者说线圈电流上升时间会由于升高的磁阻而增加，而体积流量或质量流量的测量要在所述恒定磁场中完成。在首次近似中，上升时间与介质的导磁性成比例：导磁性越大，上升时间越长。

为了提高测量的精确性，还可以进一步考虑，测定每种设备类型的导磁性与上升时间之间的函数相关性。根据本发明，可以提前测定相应的函数关系；根据所测得的直至达到恒定磁场的实际上升时间与额定上升时间的偏差测定出测量误差；然后就可以输出相应修正的测量值。

根据本发明方法的有利设计方案，可以测定在标定阶段的额定上升时间。特别是可以在标定阶段期间取决于仅仅弱的导磁介质地和/或取决于由一个测量管与一个磁体系统组成的流量测量系统地确定额定上升时间。在第一种情况下，额定上升时间的测定只取决于介质，在第二种情况下，额定上升时间的测定可能也取决于设备类型。设备类型的主要参数包括测量管的材料、公称内径以及所使用的磁体系统。

用于转换磁场的控制方法原则上比较随意。当然比较有效的是使用这样一种方法，在所述方法中，额定上升时间和后来的也就是实际上升时间尽可能地短，因为测量间隔相对较长。最简单的方法在于：给磁体系统加载电压，并且通过时间间隔定义额定上升时间，直到磁场或者说流经磁体系统的线圈电流呈现至少近似恒定的值。在理想的磁体系统中或者说是在理想的线圈装置中，例如矩形的电流特性曲线与由线圈装置所产生的磁场特性曲线相符。一般来说，在磁感应流量计中使用的线圈装置具有线圈铁心和/或极靴。控制/评估单元会给两个线圈装置施加周期性变化的电流，该周期性变化的电流以理想的方式在两个二分之一周期中是恒定的、方向相反的并且等量的。基于在极靴与铁心中出现的涡流，虽然控制的电流是恒定的，但是所产生的磁场不是恒定的。因此需要定义的时间，所谓的上升时间，直至磁场达到力求的恒定值。然后才有可能准确地测量体积流量或者说质量流量。就如已经提到的一样，如果每次转换都具有尽可能长的测量时间，那么对于准确测量是比较有利的。就此而言，最小化上升时间是比较重要的。

在这种关系下，一种已公知的控制方法建议，在转换磁场时，可以瞬时发送过高的电流通过磁体装置。以理想的方式这样测量电流，即，补偿所产生的涡流。另外还公知，通过将瞬时反电压加载到线圈装置以加速对恒定的测量磁场的连续渐进的近似。

与根据本发明的方法有关，一种有利的改进方案建议，根据实际上升时间与额定上升时间测定修正系数，利用该修正系数可以修正实际确定的体积流量与质量流量。

就如前面情况中已经提及的那样，优选使用仅仅弱的导磁介质作为基准介质。特别是使用的基准介质是水。

根据本发明的方法的一种改进方案规定，通过周期性变化磁场的多个周期来平均实际上升时间。优选由n个值形成平均值。

根据本发明，除了向使用者介绍有关流经流量计的介质的体积流量或质量流量的修正测量值外，还可以向使用者介绍有关介质中导磁材料含量的信息。由此可以通过比较直至达到恒定磁场时的实际上升时间与相应的额定上升时间来确定并输出流经流量计的介质中磁性材料的含量。例如在显示屏上、打印机上实现输出或通过数据总线或数据线继续传递信息。

与装置有关通过下面的布置可以解决本发明以其为基础的任务：

磁体系统，所述磁体系统产生穿过测量管、基本上横向于测量管轴线走向的并且周期性改变方向的磁场；

至少一个与介质联接的测量电极，所述测量电极安装在测量管区域中；

控制/评估单元，所述控制/评估单元按照方法权利要求1-8中至少一个所述的方法，根据感应到所述至少一个测量电极中的测量电压确定有关介质体积流量或质量流量的信息。具有基本结构特征的磁感应流量计是众所周知的。参照本发明的方法一般可以与每个任意流量计联合使用。

下面根据以下附图详细解释本发明。其中示出：

图1：用于实施根据本发明的方法的磁感应流量计的示意图，

图2：曲线图，该曲线图表征上升时间取决于流经流量计的介质的导磁性的函数相关性，以及

图3：流程图，该流程图描述根据本发明的方法的主要步骤。

图1示出根据本发明的装置1的第一设计方案的示意图。介质11在测量管轴线3的方向上流经测量管2。介质11至少在小范围内可以导电。测量管2本身是由不导电的材料制成的，或者至少在其内表面上涂有不导电的材料。

通过径向安装的线圈装置6、7或者说是通过两个电磁铁可以产生垂直于介质11流动方向定向的磁场B。在磁场B的影响下，位于介质11中的载流子会各自根据极性向两个极性相反的测量电极4、5移动。在测量电极4、5上形成的测量电压与通过测量管2的横截面平均的介质11的流速成比例，也就是说，其是测量管2中介质11的体积流量的量度。另外，测量管2通过连接件(例如法兰，其在附图中没有特别示出)与介质11穿流的管系统相连。

在所示的两种情况中，测量电极4、5直接与介质11相接触；但是就如前面情况中已经提及的那样，联接也可以电容式地实现。

通过连接导线12、13连接测量电极4、5与控制/评估单元8。线圈装置6、7与控制/评估单元8之间的连接是通过连接导线14、15实现的。控制/评估单元8通过连接导线16与输入/输出单元9相连。将存储单元10分配给控制/评估单元8。

图2示出曲线图，该曲线图表征上升时间τ_IST取决于流经流量计1的介质11的导磁性的函数相关性。如前面情况中已经描述的那样，一般是通过流过线圈装置6、7的电流I(t)控制磁场B(t)的转换。在所示情况下，电流特性曲线是矩形的。在理想状况下，磁场B(t)应该跟随电流特性曲线，但是，由于在极靴与线圈铁心中出现的涡流，情况并非如此。而是需要定义的上升时间，直到磁场达到所期望的用于进行测量的恒定值B_const.。

在图2中也给出了上升时间τ_SOLL。在标定流量计1期间，通过所使用的用于转换磁场B(t)的控制方法测定所述持续时间。通过在流量计1中产生至少两个相互偏差的、定义的体积流量来实现标定。一般用水作为标定介质。但是如果流量计1之后用于测量导磁介质的体积流量或者说质量流量，那么测量计1提供具有很大误差的测量值。其原因在于：流量计1的磁阻在导磁介质11流经时会大大地改变。如图2所示，实际上升时间τ_IST相对于额定上升时间τ_SOLL显著变大。所述差以通过导磁介质改变的磁体系统为基础。只有在实际上升时间结束后才启动测量周期。

根据本发明，可以对实际上升时间τ_IST与规定的额定上升时间τ_SOLL之间的位于规定公差之外的偏差做出这个意思的解释，即，具有高导磁性的介质流经流量计1，并且需要相应的修正。具体来说，就是把实际上升时间τ_IST与额定上升时间τ_SOLL进行比较，所述额定上升时间是在基准介质Ref流经流量计1的流量Ф_Ref时测定的。紧接着根据实际上升时间τ_IST与额定上升时间τ_SOLL的偏差Δτ确定测量误差F，并且通过补偿测量误差F的方式修正实际测得的导磁介质11的体积流量或质量流量Ф_IST。在这里可以充分利用以下情况，即，测量误差F函数相关于上升时间τ_IST。一般来说，在测量误差与上升时间之间至少在首次近似中存在线性相关性。由图3中所示出的流程图可以清楚地看出根据本发明的方法。

在磁感应流量计1的标定阶段期间，可以在基准介质Ref流经流量计1的流量Ф_Ref时测定额定上升时间τ_SOLL(点21)。紧接着就可以在流量计1的正常测量运行期间确定直至达到测量磁场恒定量B_const.的实际上升时间τ_IST(点23)。如果在实际上升时间τ_IST与额定上升时间τ_SOLL之间存在偏差Δτ，那么可以根据该偏差确定测量误差F(点24、点25)。因为在测量误差F与实际上升时间τ_IST相对于额定上升时间τ_SOLL的变化之间存在函数相关性，所以这是可能的。紧接着就可以通过补偿测量误差F的方式修正实际测得的导磁介质11的体积流量或质量流量Ф_IST(点26)。这样就可以利用根据本发明的流量计1正确确定介质11的体积流量或质量流量，即使是介质11对测量系统的磁阻有很大影响。如已经讲述过的那样，当介质11具有与基准介质“水”的导磁性完全不同的导磁性时，就是这种情况。

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、磁体系统

7、磁体系统

8、控制/评估单元

9、输入/输出单元

10、存储单元

11、测量介质

12、连接导线

13、连接导线

14、连接导线

15、连接导线

16、连接导线

Claims (9)

1.用于确定导磁介质(11)的体积流量或质量流量的方法，所述介质流经具有规定的公称内径(DN)的磁感应流量计(1)，其中，所述流量计(1)被施加有周期性变化的磁场(B(t))，其中，确定直至达到测量磁场的恒定量(B_const.)的实际上升时间(τ_IST)，其中，把所述实际上升时间(τ_IST)与额定上升时间(τ_SOLL)进行比较，所述额定上升时间是在基准介质(Ref)以流量Φ_Ref流经所述流量计(1)时测定的，其中，在所述实际上升时间(τ_IST)与所述额定上升时间(τ_SOLL)之间的偏差解释为对导磁介质(11)流量的说明，并且其中，根据实际上升时间(τ_IST)与额定上升时间(τ_SOLL)的偏差确定取决于所述偏差的测量误差(F)，并且通过补偿所述测量误差(F)而修正实际测得的所述导磁介质(11)的所述体积流量或质量流量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述额定上升时间(τ_SOLL)是在标定阶段期间测定的。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述额定上升时间(τ_SOLL)是在所述标定阶段期间取决于非导磁介质和/或取决于流量测量系统确定的，所述流量测量系统由一个测量管(2)和一个磁体系统(6、7)组成。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，修正系数是根据所述实际上升时间(τ_IST)与所述额定上升时间(τ_SOLL)测定的，利用所述修正系数修正实际确定的所述体积流量或质量流量。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，使用非导磁介质作为基准介质(Ref)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，使用水作为基准介质(Ref)。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述周期性变化的磁场(B(t))的多个周期来平均所述实际上升时间(τ_IST)。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述直至达到测量磁场的恒定量(B_const.)的实际上升时间(τ_IST)与相应的所述额定上升时间(τ_SOLL)的比较，确定并输出在流经所述流量计(1)的所述导磁介质(11)中的导磁材料的含量。

9.用于测量导磁介质(11)的体积流量或质量流量的装置，所述介质沿测量管轴线(3)的方向流经测量管(2)，所述装置带有：磁体系统(6、7)，所述磁体系统产生穿过所述测量管(2)、基本上横向于所述测量管轴线(3)且周期性改变方向的磁场(B(t))；至少一个与所述介质(11)联接的测量电极(4、5)，所述测量电极安装在所述测量管(2)的区域中；和控制/评估单元(8)，所述控制/评估单元按照权利要求1-8之一所述的方法根据在所述至少一个测量电极(4、5)中感生的测量电压(U)确定有关所述介质(11)的所述体积流量或质量流量的信息。

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