CN101769770B - 用于操作流量测量装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作流量测量装置、尤其是感应式流量测量装置的方法，其中介质流过测量管，还设置有电极结构，所述电极可根据液位高度与介质形成电连接。为了简单、可靠地测定液位高度，本发明建议：在测量管中总共有至少4个电极相对于测量管的横断面基本上布置在半圆周范围内，当在其中一个电极或者一个电极对上馈入至少一个信号时，在一个电极上或者在一个电极对之间测量电流，同时在至少另一个电极对之间或者相对于地线测量电压，然后通过比较利用两个不同的电极组合得到的测量结果，得出不同的电压值和电流值之比，并由此推断出管内的液面高度和/或电极沉积和/或倾斜安装情况和/或管底部的沉淀和/或其它诊断可能性，和/或由此校正流速。

Description

用于操作流量测量装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作流量测量装置、尤其是感应式流量测量装置的方法，其中介质流过测量管，还设置有电极结构，所述电极根据液面高度与介质形成电连接。
背景技术
已知现有技术条件下有多种这类装置。这些装置中有许多均具有附加功能，除了原本的测量流量之外还能测定其它参数。从公开文献DE 10 118 002中就可以找出一个示例。这里还通过一个相应的装置将交流信号施加在其中至少一个电极上，并且在该电极上测量阻抗，以便能够据此对设备进行诊断。这就意味着最终在同一个电极上测量所馈入的信号以及随后产生的以阻抗形式确定的响应函数。
已知DE 196 37716中还有其它一些示例。
除此之外，还有一些也能在管道部分充满的情况下测量流速的磁性流量测量没备。除了以测量速度的形式测量流量之外，还测定介质的液面高度，并由此求出体积流量。可以使用很多测量提术来测定液面高度。已知可使用一种分离式电容测量方法进行测定。与此不同的是，可以通过不均匀磁场测定液面高度。已知也可以在两个电极之间馈入电流，并形成另外两个电极对上的电压比，以此来测定液面高度。
实施这种方法的前提条件是至少六个电极或者三个电极对与介质形成接触。如果因液面高度低而没有形成接触，当在某一个电极对上同时馈入电流时，原则上也可求出两个电极对之间的电压比。为了精密测量流量，且在必要时检测干扰效应，需要有很高的测量装置灵敏度。由于在这种已知的情况下是在相同电极上测量馈入信号以及馈出信号，会造成电流或电压测量出现错误。测量装置将因此而丧失一部分测量灵敏度。
除了要求流量测量装置能够测量流量之外，有时还要能够检测仅仅与流量间接相关的参数，如介质的导电率、电极沉积等等。因此不仅需要通过测量来确定液面高度，而且也要能够识别或校正可能使测量失真的其它参数。还要务必避免在某一个因为电流或电压测量错误而承受负载的电极上进行测量，以便能够完全执行伴随诊断。
发明内容
因此本发明的目的在于对所述类型的流量测量装置进行适当改进，使得一方面用较少数量的电极就能实现可靠的液面高度确定的目的、能够更加精确地测定液面高度、能够明显简化所使用的电子器件、以及除了流速或流量之外还能可靠检测附加的流参数或者测量装置的工作参数。
采用按照本发明所述的方法可以实现上述目的。
本发明的核心方法在于：在测量管中共有至少4个电极相对于测量管的横断面布置在半圆周范围内；当在其中一个电极或者一个电极对上馈入至少一个信号时，在一个电极上或者在一个电极对之间测量电流，而在至少另一个电极对之间或者相对于公共的地线测量电压，然后比较利用两个不同的电极组合得到的测量结果，得出不同的电压值和电流值之比，并且由此推测管内的液面高度和/或电极沉积和/或倾斜安装情况和/或管底部的沉淀和/或其它诊断可能性，和/或由此校正流速。
在本发明的核心中，通过将一种或多种电压和/或电流施加在一个或多个电极上而测量传感单元内部的电压和/或电流，从而测定测量管内部的导电率分布。在一个或多个电极上测量电压和/或电流是在相互之间进行测量的，或者是相对于基准或地进行测量的。原则上也可以通过磁场产生电场以及产生电压和电流。
这里首先要使用很多电极，至少是四个。这样就能有足够的电极可供“交换”组合用来检测测量值的电极对。以这种方式可以防止出现开头所述的错误测量电流或电压的问题。也就是说，可分别在不同的电极上测量电流和电压，从而或避免因未知电极阻抗而引起的测量失真。
作为新的研究结果，现在可以运用一种灵活馈电方法，即并非在固定馈电时求出电压比，而是可以结合针对不同电极模式所测定的电流和电压值，以便推算出液面高度或者其它参数。实践经验表明，在第一个步骤中就能根据电压和电流之比求得阻抗，因为阻抗不随馈入电流大小而变化。
然后就可以求得阻抗比值，因为该比值不随介质的导电率而变化。但这里并不一定仅仅涉及两个测得的阻抗的简单比例，其它形式也能有较大的灵敏度，尤其当使用两个以上的阻抗值时。可通过若干电极形成空间电极分布模式，这样即可检测立体空间，从而能够在立体空间实现若干可用的信号组合。这样就能以明显灵敏得多的方式检测所述的参量。另一个优点在于：这种类型的常规流量测量装置(尤其是感应式流量测量装置)在安装过程中必须用水准仪极其精确地对其进行校准。如果使用相应分布在测量管的横断面上的多个电极，就可以根据这些信号在空间上检测所述的参数，从而可以检测倾斜安装情况，尤其当使用非对称模式时。
这种方式的优点在于，可以在显示界面上显示倾斜安装情况，或者可以在一定的容差范围内以电子方式在测量信号中补偿由于倾斜安装而出现的误差。这样就能适当改进流量测量装置，从而最终明显简化安装。
按照另一种有益的实施方式所述，对电极适当施加电压，使得不必分别通过相同的电极对进行电压测量和电流测量，这是一种无载测量方式，其中将这些测量值相比从而求得阻抗，然后根据相应的阻抗以及模式对比结果例如确定测量管内的液面高度。
因此采用本发明也能够确保可靠测定部分充满的测量管内的流量。按照另一种有益的实施方式所述，除了模式对比方法以及所确定的测量值比值之外，还将相应的液面高度测定模式或者电极沉积模式或者倾斜安装情况或者其它诊断保存在存储单元中，以此为基础可以识别渐进偏差或漂移，从而能够提前显示误差。
按照另一种有益的实施方式所述，将八个电极布置在测量管的下部半圆周区域，并且按照所述的方式对其施加电压。这种布置可允许根据第一步骤中执行的近似液面高度测定或者通过最后一个测量值，在使用其它电极(对)的情况下使用特定的测量模式。
对于具有4个电极对的有益配置：通过在电极对1和2上馈电的方式进行测量，并且在电极对3和4上进行测量，然后通过在电极对1和3上馈电的方式进行测量，并且在电极对2和4上进行测量，然后通过在电极对1和4上馈电的方式进行测量，并且在电极对2、3上进行测量。以此类推继续操作。
其中不必通过唯一一次测量逐个测定阻抗，而是可以利用位置重叠原理，通过叠加单个测量的方式进行测定。这种实施方式之所以有益，是因为可以在一个电极和一个共用地线之间测量电流，而在两个电极之间进行测量时，则必须通过适当的电路来阻止电流进入地电极或者普通没备地线之中。可以借助示例对此进行解释。
将针对特定液位高度求得的所测得的电流与电压的比值作为模式保存在存储单元中，并通过将当前所测得的电流与电压与这些所保存的模式进行自动比较，从而推断出介质的当前液位高度。
确定两个以上的所测得的电流与电压，并通过数学优化方法与保存在存储单元中的电流与电压进行比较，从而确定液位高度的最佳值。
将不同的测量结果/液位高度测定值相互比较，实现测量精度和/或液位测量可靠性，并且/或者能够在电极损坏的情况下和/或当电极与介质之间没有电连接时，也能测定液位高度。
利用所述方法不仅能够测定液体的液位，而且也能识别测量管中的不均匀的导电率分布，从而能够识别和确定测量管中的沉淀和/或多相流。
检测出由于没有直线对齐或者流量计变化而引起的非对称现象。
所述多相流是水中的油。
利用本发明的方法，能够封闭测量系统的涂层，并且同样也可识别绝缘管子内衬的误差。
在根据本发明的方法中，可以按照时分复用方式依次在电极上测量电压。
附图说明
以下将借助一个实施例和附图对本发明进行阐述。
如图所示：
图1：一种本发明所述装置以及电极分布的透视图。
图2：横断面图以及所产生的信号。
图3：测量感应阻抗。
具体实施方式
图1所示为例如利用与液体接触的四个电极测量液面高度的新测量原理。也可以使用更多的电极，从而形成多种组合可能性，得出多个阻抗值。
但该原理在所有应用情况下均一样。若采用四个电极，就有六种可能性可用来在两个电极之间施加电流。在其余的无载电极上测量电压或电压差。这里所施加的信号是千赫频率范围内的交流信号。借助信号处理(即解调)、滤波以及傅立叶分析，确定电极上的电流和电压振幅。
根据电压和电流之比算出阻抗值。对不同的阻抗值进行比较，也就是通过求出阻抗值的比值或者阻抗值的其它关系，而推断出管内的液面高度。通过测量至少三个阻抗值实现冗余测量，可利用该测量结果推断出流量计中测量管的导电率偏差，例如悬浮物、所谓沉淀物的沉积或者沉降引起的偏差。图2示出了一个示例的横断面图，可以直接在相对的一侧测定电压。
图3示出了根据液面高度测量感应阻抗Rirdr＝(Ucldr)/(Idlcr)。测量Ecl和Edr之间的电压，电流从电极dl流向电极cr等等。这表明了相对于液面高度的灵敏度。尤其在液面高度的下部范围内测量高度灵敏。可以通过适当的换算由此确定液位高度。通过形成比值，例如商，得出与液体导电率之间的关系，因为阻抗与液体导电率成正比。
然后可以例如通过校正曲线施加磁场，将流量测量装置中的当前液位与两个或多个电极上的感应电压测量值相结合，从而推断出流速。
如果液位高度是已知的，相反也能确定介质的导电率。也可将其用来诊断处理质量。最后也可以将这种测量与加载电极上的测量相结合，以便确定能直接表示电极沉积情况的电极阻抗。这样就能同时兼顾(即同时检测)上述与流量相关的各种不同的其它工作参数。

Claims (14)

1.一种用于操作流量测量装置的方法，其中介质流过测量管，还设置有电极结构，所述电极根据液位高度与介质形成电连接，其特征在于，在测量管中总共有至少4个电极相对于测量管的横断面基本上布置在半圆周范围内，当在其中一个电极或者一个电极对上馈入至少一个信号时，在一个电极上或者在一个电极对之间测量电流，同时在至少另一个电极对之间或者相对于共用的地线测量电压，比较利用两个不同的电极组合得到的测量结果，得出不同的电压值和电流值之比，并且由此推断出测量管内的液面高度和/或电极沉积和/或倾斜安装情况和/或测量管底部的沉淀，和/或由此校正流速，分别根据电压和电流算出阻抗值，然后得出不同电极组合的阻抗值之比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将针对特定液位高度求得的所测得的电流与电压的比值作为模式保存在存储单元中，并通过将当前所测得的电流与电压与这些所保存的模式进行自动比较，从而推断出介质的当前液位高度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对电极施加电压，从而不必分别在电极或电极对上测量电压，对这些电极或电极对施加电流，以执行无载测量，其中求出用于确定阻抗的测量值的比值，并由此确定相应的阻抗值，根据该阻抗值通过模式对比确定液位高度。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，确定两个以上的所测得的电流与电压，并通过数学优化方法与保存在存储单元中的测得的电流与电压进行比较，从而确定液位高度的最佳值。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，仅具有四个电极用于测定电流与电压，并且这些电极分别成对相对地布置，通过六个测量结果中一部分或所有测量结果确定电压值和电流值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过测定感应电压或者电流的方式测定介质的导电率。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，利用所述方法不仅能够测定液体的液位，而且也能识别测量管中的不均匀的导电率分布，从而能够识别和确定测量管中的沉淀和/或多相流。
8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，检测出由于没有直线对齐或者流量计变化而引起的非对称现象。
9.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，采用所述方法校正流量测量过程中的倾斜安装位置。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过确定阻抗还测定了介质的导电率。
11.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，分别通过一个电极相对于一个共用地线依次馈入电流，和/或分别在一个电极上相对于地线测量电压。
12.根据上述权利要求1或6所述的方法，其特征在于，按照时分复用方式依次在电极上测量电压。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量测量装置是感应式流量测量装置。
14.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述多相流是水中的油。
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