CN102187182A - 用于节能地运行磁感应流量计的方法 - Google Patents

Abstract

用于运行带有测量管道的磁感应流量计的方法，其中，该测量管道由能够至少部分导电的测量材料流过，其中，为了确定流量借助于至少一个线圈装置产生脉动的磁场，该磁场至少部分地穿过所述测量材料，其中，该磁场由励磁电流产生，该励磁电流流过线圈装置，其中，以至少一个第一节拍运行所述磁场，其中，在线圈装置没有励磁电流的情况下，借助于至少一个与测量材料相连通的第一测量电极量取在所述测量材料与参考电势之间的电势差，其中，将所述电势差与预定的参考值进行比较，并且其中，在所述电势差与参考值的偏差小于预定的阈值时，为了确定流量以至少一个相对于第一节拍降低的第二节拍运行所述磁场。

Description

用于节能地运行磁感应流量计的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行带有测量管道的磁感应流量计的方法。

背景技术

磁感应流量计为了容量的流动测量而利用电子动态感应的原理：介质的垂直于磁场运动的载流子使在相同情况下以基本上垂直于介质的通流方向且垂直于磁场的方向的方式来布置的电极感应出电压。在电极中感应出的测量电压与介质的通过测量管道的横截面求平均的流动速度成比例，进而与体积流成比例。如果已知介质的密度，那么可以确定管路或者说测量管道中的质量流量。通常通过电极对来量取所述测量电压，该电极对布置在测量管道的区域内，在该区域内可以期望最大的磁场强度，进而期望最大的测量电压。所述电极通常流电地与介质耦合；然而也公开了带有无接触电容耦合的电极的磁感应流量计。

所述测量管道要么可以由能够导电的材料例如优质钢制成，要么由电绝缘的材料制成。如果该测量管道由能够导电的材料构成，那么该测量管道必须在与介质进行接触的区域内利用由电绝缘的材料构成的画线工具进行加衬。该画线工具根据温度和介质例如由热塑性的、热固性的或者弹性体的合成材料构成。然而，同样公知带有陶瓷加衬的磁感应流量计。

如果不提供电压供给，那么经常用电池运行磁场设备。这实现了相应磁场设备的自给自足的使用。尤其磁感应流量计能够以这种方式无维修地运行几年。

在使用接触介质的测量电极时，在金属的测量电极与流过测量管道的介质之间的分界面上形成流电的元件，所述元件引起了电化学的干扰电势。该电化学的干扰电势是可变的并且依赖于不同的改变的环境条件例如温度、压力、介质的成分、测量电极的材料和测量管道的材料。如此，例如测量电极的表面的成分可以由于钝化层的形成或者由于腐蚀而改变。变化的电化学的干扰电势叠加上原本的与流过测量管道的介质的流动速度成比例的测量电压。不言而喻的是，通过时间而改变的电化学的电势会对常规的磁感应流量计的测量精度产生负面影响。因此，公知排除干扰信号的方法。特别关键的是，有待测量的介质是带有较低传导能力的介质，该介质以相对较高的流动速度流过所述测量管道。由于相对较大的干扰电压对测量电压的影响，存在这样的危险，即，在噪音干扰中的测量电压消失，由此，不能可靠且可重复地测量流量。

在电极上的与流量成比例的测量电压为几个mV，在流量非常低时可能只有几个μV。与流量成比例的测量电压如已经提到的那样由电化学的干扰电压叠加，所述干扰电压在电极和流体之间的分界层处进行调节。所述电化学的干扰电压是紧贴在测量电极之间的直流电压。所述干扰直流电压可以高达100mV以上，并且以几个十乘方的数量级大于有待分析的与流量成比例的测量电压。额外地，电网频率的干扰电压经常叠加上所述测量电压。

为了在干扰直流电压与信号电压之间进行区分，必需的是磁场的也就是激励磁场的电流的有针对性的依赖于时间的调制，所述电流流过磁感应流量计的线圈。

在磁场强度B＝0时，所述测量电压U等于零。如果将流过线圈的电流提高，那么磁场强度B提高，进而测量电压U同样相应地提高。在线圈电流反转时，也就是在磁场B逆转时，U同样反转符号。使用该效应，以便将所述测量电压从电化学的干扰直流电压中加以区别。

在磁感应流量计的所有组件中，用于产生穿过测量材料的磁场B的线圈装置具有最大的能量需求。

发明内容

因此，本发明的任务在于，提出一种用于运行磁感应流量计的节省能量的方法。

该任务按本发明通过以下方法得到解决，即，所述测量管道由能够至少部分导电的测量材料流过，其中，为了确定流量而借助于至少一个线圈装置来产生时钟脉冲的磁场，该磁场至少部分地穿过所述测量材料，其中，通过流过线圈装置的励磁电流产生所述磁场，其中，以至少一个第一节拍来运行所述磁场，其中，在所述线圈装置没有励磁电流的情况下，借助于至少一个与测量材料相连通的第一测量电极量取在测量材料与参考电势之间的电势差，其中，将该电势差与预定的参考值进行比较，并且其中，在电势差与参考值的偏差低于预定的阈值时，为了确定流量而以至少一个相对于第一节拍降低的第二节拍来运行所述磁场。

所述磁感应流量计的磁场在测量工作中以第一节拍来运行，也就是说周期地通过紧贴在线圈装置上的励磁电流产生所述磁场。为此可以使用单极的励磁电流。作为替代方案，可以周期性地变换励磁电流的极性。磁场的脉动在预定的时间间隔期间例如通过基本上呈梯形的电压或者说电流脉冲进行。然而在预定的时间间隔期间，所述线圈装置不是持续不断地由励磁电流流过，而是阶段性地没有励磁电流。

已被证明的是，利用通流或者说利用流过测量管道的测量材料的通流速度来关联所述干扰电压。由此，在线圈装置没有励磁电流的阶段期间量取的电压或者说电势差与干扰电压相符。可以量取并且评估并且/或者在必要时保存所述电压。在此，从第一电极对参考电势的电势差中获得干扰电压。在此，所述参考电势例如是尤其为恒定的第二电势，该第二电势实现了对所述第一测量电极的电势差的测得。在探明干扰电压之后，将该干扰电压与参考值进行比较。

为了探明测量材料的或者说通过测量管道的通流的流动速度的改变，也可以使用以电容的方式与测量材料相耦合的电极。则通过电压峰值在线圈装置没有激励电流的阶段期间在测量信号中表明通流速度的改变。

将在线圈装置没有励磁电流的节拍阶段期间量取的电势差与参考值进行比较。该参考值例如是存储的值，尤其是储存电势差的值。所述电势差与参考值的偏差则给出了关于电势差改变的情况。所述偏差例如可以是所量取的电势差与参考值之间的差值。如果所述偏差超过或者低于预定的阈值，那么这可以作为流量的改变或者说作为通过测量管道的测量材料的通流速度的改变来阐明。从关于流量的改变或者说测量材料的通流速度的改变的信息出发，可以实现所述磁场时钟的或者说磁场节拍的匹配。依赖于所述偏差，则以第二节拍来运行所述磁感应流量计。因此，相比以第一节拍的运行中，例如每个时间间隔依赖于所测得的电势差与参考值的偏差或多或少地产生用于控制励磁电流的电压时钟脉冲或者说电流时钟脉冲。

通过所述磁场的匹配于流量或者说流量改变的节拍，能够节省能量进而也节约成本。此外，由于由此实现的能量节省，提高了例如用电池运行的磁感应流量计的使用寿命。

在一种设计方案中，在电势差与参考值的偏差超过预定的阈值的情况下，为了确定流量而以至少一个相对于第一节拍提高的节拍来运行所述流量计。例如可以由如下方式确定所述阈值，即，只有在电势差保持相同时以所述第二节拍运行该磁场。在这种情况下将电势差与参考值的每个偏差评定为超过阈值的。

在所述方法的另一设计方案中，所述参考值由在第一测量电极与参考电势之间的电势差的值尤其是存储的值来确定。此外，将例如保存电势差的值可以进而在更晚的时间点与电势差的值进行比较。在此，当线圈装置没有励磁电流时，量取所述电势差。由于在用以运行磁场的没有励磁电流的节拍阶段期间测量的电势差的改变，所述磁场的节拍发生变化。

在另一设计方案中，在所述电势差与参考值的偏差达到或者超过阈值的情况下，为了确定流量而以至少一个第三节拍来运行所述磁场。在该设计方案中，在流量没有改变或者仅仅不显著地改变的过程阶段期间，以第二节拍来运行所述磁场。在电势差的改变大于预定的阈值的情况下，以第三节拍来运行所述磁场，以便以提高的准确度和精度测得在通流或者说通流速度中的改变。

在按本发明的方法的一种实施方式中，使用脉动的直流磁场作为所述磁场。这意味着，借助于脉动的直流电流产生磁场。在此，例如周期性地交流磁场的极性，从而在测量电极上出现带有相反符号的相互跟随的测量电压。然后，为了形成测量值而将所测得的测量电压求平均。由此，可以在计算上排除干扰电压。在这种以脉动的磁场运行的磁感应流量计中的优点是，尤其可以在流量保持相同时降低节拍，也就是每时间间隔用以产生磁场的脉冲密度。通常为了产生磁场脉冲而在至少一个电容器中积蓄电能并且相符于预定的节拍将限定的电流脉冲传递到线圈装置中。根据预定的节拍的时钟脉冲密度，提供或长或短的时间间隔用于积累电能，从而使得通过励磁电流产生的磁场强度也可以取决于所使用的节拍。然而在测量材料中感应的测量电压取决于所产生的磁场强度。因此，通过更强的磁场也可以提高流量计的测量准确度。

在所述方法的另一实施方式中，使用交流磁场作为所述磁场。在交流磁场激励的方法中，所述线圈装置直接由电网通过呈正弦形的电网交流电压(例如：50Hz)激励。通过由电网交流电压产生的磁场能够良好地将测量电压和干扰电压相互分开。同样在磁场通过电网频率的交变电流来激励时，也可以利用所提出的方法来降低测量设备的能量需求，因为与在现有技术中公知的测量工作相比，通过所提出的方法能以更短的节拍进而以更少的能量需求进行测量，而在此不会不加考虑地保持流量中的改变。

根据一种设计方案，在电势差与参考值的偏差小于预定的阈值的情况下，保持线圈装置没有产生磁场的励磁电流，直到在所量取的电势差与参考值之间的偏差达到或者超过预定的阈值。在这种情况下，在运行期间以所述第二节拍不将用于产生磁场的电压或者说电流脉冲传递到线圈装置上。因此，所述线圈装置保持没有励磁电流，直到电势差与参考值的偏差达到或者超过预定的阈值。通过所述方法的所提出的设计方案，仅仅在电势差与参考值的偏差大于预定的阈值的情况下才为了测量目的而产生所述磁场。

根据另一设计方案，在电势差的偏差大于预定的阈值或者说超过阈值的情况下，接通磁场并且/或者提高第一、第二和/或第三节拍的采样率。在电势差的改变大于阈值时，提高所述磁场的节拍或者说流过线圈装置的励磁电流，以便测得流量的通过偏差表明的改变。

根据另一设计方案，依赖于电势差或者说与参考值的偏差来控制所述磁场和/或第一、第二和/或第三节拍以及/或者磁场的强度。借助于提高磁场的节拍能够更快地探明在通流中的或者说在通流速度中的改变。并且通过提高磁场强度可以更准确地确定流量。在所提出的设计方案中，所述磁场的强度和节拍相应地取决于所述偏差。

根据另一设计方案，所述第一测量电极安装在测量管道的第一部分区域中，并且借助于尤其是基本上沿直径方向与第一测量电极对置的、安装在测量管道的第二部分区域中的第二测量电极来测得参考电势。为了参考、接地和/或监控目的，可以将另一电极引入到测量管道的壁中。在此，所述测量电极例如可以由不锈钢、耐蚀耐热镍基合金

钽或铂/铑构成或者以所述材料之一涂层。电容性的表面电极同样是可行的。

根据另一设计方案，所述第一和/或第二测量电极与测量材料进行接触。通过以测量材料濡湿所述测量电极的表面，在所述测量电极的表面上形成了电化学的干扰电势，该干扰电势即使在没有借助于线圈装置产生的磁场时也允许推导出测量材料的通流速度。如果使用电容性的电极，那么通过在所量取的测量信号中由电感传递的电压峰值使得流量中的改变可见。

根据另一设计方案，使用设计成二线制测量设备的流量计。最重要的是，通过其结构只能受限制地拥有较小的能量输入的二线制测量设备可以有利地利用按本发明的方法来运行。

根据另一设计方案，所述流量计由电池供给能量。在用电池运行的磁感应流量计中，仅仅以受限制的程度并且通过有限的持续时间来提供能量，从而通过所提出的方法以及其它来延长这种设备的使用寿命。

附图说明

根据下面的附图对本发明进行详细阐释。

其中：

图1示出磁感应流量计的测量原理的示意性示图；

图2示出在利用时钟脉冲磁场运行的磁感应流量计中电势差的曲线；

图3示出在利用全磁场运行的磁感应流量计中电势差的曲线；以及

图4示出在每个测量的半磁场中电势差的曲线。

具体实施方式

图1以示意性示图示出了磁感应流量计的作用模式。通过分布在测量管道中的箭头说明的磁场B以垂直于测量管道1的纵轴线3的方式穿过测量管道1和在该测量管道中流动的有导电能力的测量材料。在此，所述磁场B由至少一个没有示出的线圈装置产生。两个沿直径方向对置的测量电极2以同样垂直于测量管道1的纵轴线3且垂直于所画出的磁场线的方式被带入到所述测量管1中。在此，所述测量电极1与测量材料接触。根据电磁感应定律，通过磁场B在测量材料中感应出测量电压U_flow，该测量电压与平均速度v成比例，测量材料利用该平均速度流过带有直径d的测量管道1。近似地使用：U_flow＝kBdv。

在测量电极2和测量材料之间形成电化学的干扰电压。该干扰电压可以高达100mV。存在于测量电极2之间的电势差U取决于流动速度而改变。对此的原因是在测量电极2上取决于流动速度的磨蚀或者说取决于流动速度的沉积。因此，在变换流动速度时也改变了在测量电极2上的或者说在第一测量电极与参考电势之间的电势。为了测得存在于测量电极2之间的电势差U，使用例如呈相应接通的运算放大器形式的电压测量器5。尤其在缺少由线圈装置产生的磁场B时，能够量取所述测量电极2之间的电势差U。为此，所述电压测量器5通过电连接导线4与测量电极2连接。此外，可以通过干扰效应例如耦合到测量信号中的干扰电压、沉积以及在测量材料中携带的颗粒和/或气体而引起电势差U的改变。为了区别这些不同的影响测量信号的效应，例如可以使用在文件DE 103 295 40A1中公知的方法。

图2示出了电势差U的理想化的关于时间的曲线。所示出的电势差U可以在第一测量电极2和参考电势尤其第二测量电极2之间量取。在第一区段I中以时钟脉冲的磁场B(没有示出)加载流动的测量材料。与磁场B的节拍相应地，在测量材料中相符于感应定律地感应出电压。在第一区段I中可以识别出所感应的电压的基本上成矩形的弯折的曲线。通过所感应的电压U_flow的极性的改变获得成矩形的曲线形状。在此，该感应的电压U_flow叠加上电化学的干扰电压。该电化学的干扰电压是直流电压。在测量材料没有以由线圈装置产生的磁场进行加载的阶段期间，测量电极2之间的电势差U基本上相符于电化学的干扰电压。在区段I中可以识别出二又二分之一个测量阶段，在这些测量阶段期间为了确定流量而通过所述测量管道1在测量材料中感应出电压U_flow。在测量材料中感应出的电压U_flow以及因此通过测量管道1的流量在区段I中保持恒定。现在断开用于确定流量的磁场B。在区段II中，所述电势差U在磁场B断开时保持恒定。在区段II中也可以利用降低的第二节拍(没有示出)运行所述流量计。在区段III中进行电势差U的改变10，随后在区段IV中再次接通所述磁场B并且以第三节拍来运行。在以第三节拍进行的两个测量时段之后，再次断开所述磁场B。在区段V中所述电势差U在重新断开磁场时保持恒定。

图3示出了在时钟脉冲的磁场B中的电势差的曲线，其中，所述磁场B的极性在一个测量时段期间反转。在用于确定由磁场B在测量材料中感应出的电压U_flow的测量时段期间，所述电势差的极性依赖于磁场B的极性而改变。所述磁场B周期性地变换极性，从而在测量电极2上出现两个相互跟随的带有相反的符号的测量电压U₊、U_-。由两个测量值求平均的差相符于感应的电压U_flow，其中适用U_flow＝(U₊-U_-)/2。在此，在节拍的阶段之间也就是产生用于确定流量的磁场的阶段之间设置无磁场的阶段。在测量之前，为了确定电化学的干扰电压，而量取电势差U。在这些时间点t₁、t₂、t₅，线圈装置没有产生磁场B的励磁电流。如果所测得的电势差U保持低于预定的阈值S并且在测量材料中感应出的电压U₊、U_-基本上保持相同，那么可以断开磁场B并且为了确定流量只要再监控电化学的干扰电压。在第四测量的时间点t₄，电势差U与参考值的偏差还低于阈值S，并且不进行通过产生穿过测量材料的磁场的所述流量的主动测量。在时间点t₅，所述偏差超过预定的阈值S并且产生带有第三节拍的磁场B。

在图4中借助于所谓的半磁场来执行流量的测量。为此，相对于带有全磁场的测量，在测量期间保持磁场B的极性并且只有在下一次测量中才反转极性，其中在所述全磁场的测量中可以直接反转所述磁场B的极性。在此，在至少两次测量之后通过对在测量期间感应出的电压U_flow求平均来确定测量值。在此，在通过励磁电流感应出磁场之前在时间点t₁、t₂、t₃、t₄、t₅、t₆测量电势差U，从而确定在流量中是否发生了改变。然后，依赖于所测量的电势差U来产生磁场B并且必要时降低节拍。在图4中示出的电势曲线中，在时间点t₃确定了相对于时间点t₁和/或t₂没有改变的电势差U之后，磁场B保持断开，直到在时间点t₅之后瞬间，在该时间点t₅确定了所述电势差U超过了所述阈值S。

附图标记列表

1     测量管道

2     测量电极

3     测量管道的纵轴线

4     电连接导线

5     电压测量器

10    电势改变

S     阈值

t     时间

t1    无励磁电流的(测量)时间点

t2    无励磁电流的(测量)时间点

t3    无励磁电流的(测量)时间点

t4    无励磁电流的(测量)时间点

t5    无励磁电流的(测量)时间点

t6    无励磁电流的(测量)时间点

U     电势差

U+    感应电压

U-    相反电极的感应电压

Claims (12)

1.用于运行带有测量管道(1)的磁感应流量计的方法，

-其中，所述测量管道(1)由至少部分导电的测量材料流过，

-其中，为了确定流量而借助于至少一个线圈装置产生脉动的磁场(B)，

--所述磁场至少部分地穿过所述测量材料，

--其中，所述磁场(B)由励磁电流产生，

---所述励磁电流流过所述线圈装置，

--其中，以至少一个第一节拍运行所述磁场(B)，

-其中，在线圈装置没有励磁电流的情况下，借助于至少一个与所述测量材料相连通的第一测量电极(2)量取在所述测量材料与参考电势之间的电势差(U)，

--其中，将所述电势差(U)与预定的参考值进行比较，并且

---其中，在所述电势差(U)与所述参考值的偏差小于预定的阈值(S)的情况中，为了确定流量以至少一个相对于所述第一节拍降低的第二节拍运行所述磁场(B)。

2.按权利要求1所述的方法，

其中，所述参考值由尤其是存储的在所述第一测量电极(2)和所述参考电势之间的所述电势差(U)的值来确定。

3.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，在所述电势差(U)与所述参考值的所述偏差达到或者超过所述阈值(S)的情况中，为了确定流量以至少一个第三节拍来运行所述磁场(B)。

4.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，使用脉动的直流磁场作为磁场(B)。

5.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，使用交流磁场作为磁场(B)。

6.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，在所述电势差(U)与参考值的偏差小于预定的阈值(S)的情况中，所述线圈装置保持没有产生所述磁场(B)的励磁电流，

直到所量取的电势差(U)与所述参考值之间的偏差达到或者超过所述预定的阈值(S)。

7.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，在所述电势差(U)的偏差大于所述预定的阈值(S)时，接通所述磁场(B)并且/或者提高第一、第二和/或第三节拍的采样率。

8.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，依赖于所述电势差(U)或者与参考值的所述偏差来控制所述磁场(B)和/或第一、第二和/或第三节拍以及/或者所述磁场(B)的强度。

9.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，所述第一测量电极(2)安置在测量管道(1)的第一部分区域中，并且

借助于安置在测量管道(1)的第二部分区域中的第二测量电极(2)测得参考电势，该第二测量电极特别是与第一测量电极(2)基本上沿直径方向对置。

10.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，所述第一和/或第二测量电极(2)与所述测量材料接触。

11.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，使用构造成二线制测量设备的流量计。

12.按上述权利要求中任一项所述的方法，

其中，所述流量计由电池供电。

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