CN104280078A - 磁感应流量测量仪和磁感应流量测量仪的运行方法 - Google Patents

磁感应流量测量仪和磁感应流量测量仪的运行方法 Download PDF

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Abstract

描述并示出一种磁感应流量测量仪，其具有至少一个供导电介质流过的测量管(1)，具有至少一个用于生成至少也垂直于测量管(1)的纵轴线延伸的交变磁场的磁场生成装置，其中所述磁场生成装置具有两个磁场线圈(2，3)，具有至少两个-尤其接触介质的-测量电极(4，5)。但是没有显示的与测量电极(4，5)连接的用于生成导电性测量信号的信号电压源或信号电流源，用于磁场生成装置的和用于信号电压源或信号电流源的控制电路以及分析电路也属于所述磁感应流量测量仪。按照本发明的磁感应流量测量仪通过下述得以改进：控制电路或/和分析电路被设计为只在小于一半的磁场生成的周期时间的流量测量时间期间对由测量电极(4，5)截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，和控制电路被设计为只在处于流量测量时间之外的导电性测量时间期间对测量电极(4，5)加载导电性测量信号。

Description

磁感应流量测量仪和磁感应流量测量仪的运行方法
本发明涉及磁感应测量仪和磁感应流量测量仪的运行方法。
因此本发明的主题首先是磁感应流量测量仪，其具有至少一个供导电介质流过的测量管，具有至少一个用于生成至少也垂直于测量管的纵轴线延伸的交变磁场的磁场生成装置，具有至少两个-尤其接触介质的-测量电极，具有与测量电极连接的用于生成导电性测量信号的信号电压源或信号电流源，具有用于磁场生成装置的和用于信号电压源或信号电流源的控制电路以及具有分析电路。
多年以来磁感应流量测量仪在现有技术中广泛地被人所熟知。为此可以示范性地参考文献位置“Technische Durchflussmessung(技术流量测量)，作者K.W.Bonfig教授，工科博士，2002年第3版，Vulkan-出版社，埃森，第123-167页，和也可以参考文献位置”Grundlage Magnetisch-InduktiveDurchflussmessung(磁感应流量测量基础)，作者，Friedrich Hoffmann，工科硕士，2003年第3版，KROHNE Messtechnik GmbH&Co.KG公司印刷品。
用于测量流动介质的流量的磁感应流量测量仪的基本原理可以追溯到米歇尔法拉第，他在1832年就已经建议，使用电磁感应原理来测量导电介质的流速。
按照法拉第感应定律在有磁场通过的流动的，导电的介质中垂直于介质的流动方向和垂直于磁场生成电场强。法拉第感应定律在磁感应流量测量仪中是通过下述方式得以充分利用：借助具有至少一个磁场线圈，通常为两个磁场线圈的磁场生成装置生成在测量过程期间在时间上变化的磁场并且所述磁场至少部分地穿过流经测量管的导电介质。其中所生成的磁场具有至少一个分量垂直于测量管的纵轴线或垂直于介质的流动方向。
如果在如在引言中所述，至少一个“用于生成至少也垂直于测量管的纵轴线延伸的磁场”的磁场生成装置属于所讨论的磁感应流量测量仪，则在这里还需再次指出，虽然优选磁场垂直于测量管的纵轴线或垂直于介质的流动方向延伸，但是如果磁场的分量能够垂直于测量管的纵轴线或垂直于介质的流动方向延伸，这就已经足够了。
在开始时也曾讲述，至少两个-尤其接触介质的-测量电极属于所讨论的磁感应流量测量仪。所述测量电极用于截取在流动介质中被感应的测量电压。优选两个测量电极的虚拟连接线至少大致上垂直于磁场的方向延伸，所述磁场垂直于测量管的纵轴线穿过测量管。尤其可以如是地设置测量电极，使得其虚拟连接线实际上-或多或少地-垂直于通过测量管的磁场的方向延伸。
最后在开始时讲述，测量电极尤其可以指接触介质的测量电极。实际上通过感应在流动的，导电的介质中生成的电场强当然可以通过直接地，即与介质电流接触的测量电极作为测量电压被截取。但是也有一些磁感应流量测量仪，在其中不能通过直接地，即不能通过与介质电流接触的测量电极截取测量电压，而是电容式地探测测量电压。
如果所讨论的类型的磁感应流量测量仪的最初的使用目的自然地是通过测量管测量介质的流量并且是测量一种至少具有微导电性的介质的流量，也就是流量测量，则磁感应流量测量仪的使用并不局限于所述使用目的。尤其是磁感应流量测量仪也可以被用于测量导电性。
如果其流量会被测量的介质的导电性对于某个目的也总是感兴趣或意义重大则可以使用磁感应流量测量仪来测量导电性。但是其流量会被测量的介质的导电性对于流量测量本身也很重要，这是因为在测量电极上可截取的测量电压不仅与通过由磁场生成装置生成的磁场的磁场强度和将被测量的流量有关而且还与其流量会被测量的介质的导电性相关。
开始时所述的磁感应流量测量仪是这样一种不仅确定并适用于流量测量而且此外也确定并适用于导电性测量的磁感应流量测量仪，即-为了导电性测量-具有信号电压源或信号电流源，通过它们生成导电性测量信号。
例如可以从欧洲专利文献0 704 682的译本，出版文献DE 692 32 633C2中，以及从德语公示文献，出版文献DE 102 43 748 A1和10 208 005 A1中了解开始时所述类型的磁感应流量测量仪，即也被确定并且适合于导电性测量的磁感应流量测量仪。
本发明的任务在于，对作为本发明基础的为人所熟悉的磁感应流量测量仪进行改进并且对特别合适的磁感应流量测量仪的运行方法进行说明，通过所述方法也能执行导电性测量。
首先，这时按照本发明的磁感应流量测量仪的主要特征在于，控制电路或/和分析电路是这样地设计：只在小于一半的磁场生成的周期时间的流量测量时间期间对由测量电极截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，和控制电路是这样地设计：只在处于流量测量时间之外的导电性测量时间期间对测量电极加载导电性测量信号。
如开始时所述，用于生成至少也垂直于测量管的纵轴线延伸的交变磁场的磁场生成装置属于讨论中的类型的磁感应流量测量仪。因此根据功能需要每次有磁化电流源和至少一个，通常两个磁场线圈属于磁场生成装置。如上所述磁化电流源生成交变磁场。在这里涉及的不是正弦形磁场，而是这样从下述中产生的磁场：一个或多个磁场线圈被具有交变极性的直流电流流过，并且在第一一半周期时间期间在一个方向和在第二一半周期时间期间在另一个方向。
对于通过磁化电流在一个或多个场线圈内生成的磁场适用的是，所述磁场的时间变化过程不会准确地遵守磁化电流的时间变化过程。实际上首先在流动的直流电开始时对于磁场有起振阶段和在流动的直流电流结束后有衰减阶段。在起振阶段结束后和衰减阶段开始之前磁场是恒定的，和因此在现有技术中只在流量测量时间期间对在测量电极截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，所述流量测量时间处于起振阶段结束后和衰减阶段开始之前。
按照欧姆定理导电性，电阻的倒数产生于施加在测量电极上的导电性测量电压和然后在测量电极之间流动的导电性测量电流或产生于流经测量电极的，被注入测量电极的导电性测量电流和然后在测量电极上出现的导电性测量电压。如果施加导电性测量电压，则信号电压源的内部电阻应尽可能地小，如果是基于流经测量电极的，被注入测量电极内的导电性测量电流，则信号电压源的内部电阻应尽可能地大。优选利用被注入测量电极内的导电性测量电流工作并且然后作为将要确定的导电性的尺度测量在测量电极上出现的导电性测量电压。
在按照本发明的磁感应流量测量仪中，如上所述，当不执行流量测量的时候，则执行导电性测量或当不执行导电性测量的时候则执行流量测量。因此在按照本发明的磁感应流量测量仪的一个优选的实施方式中控制电路被设计为在流量测量时间期间信号电压源或信号电流源被切断，但是至少高欧姆地接通，以便在流量测量中，即在流量测量时间期间测量结果不会受到信号电压源或信号电流源的影响。
如上所述，在按照本发明的磁感应流量测量仪中使用信号电压源或信号电流源工作。优选在一种情况下像在另一种情况下一样利用导电性测量信号工作，所述信号为交变信号。如果利用信号电压源工作，则因此涉及交流电压源，如果利用信号电流源工作，则涉及交流电流源。
在其中不应看到限制，在以下始终以信号电流源属于按照本发明的磁感应流量测量仪为依据。
在按照本发明的磁感应流量测量仪中信号电流源能够以不同的方式与测量电极相连接。在以后会联合附图进一步详细对此进行说明，因此在这里暂时省略与此相关的说明。
按照本发明的另一种完全特别重要的教导，按照本发明的磁感应流量测量仪的特征在于，控制电路被设计为除了真正的导电性测量信号之外，信号电流源还与所述导电性测量信号时间延时地生成校正信号。通过所述校正信号能够减少或消除不同类型或不同原因的测量误差。在后面将结合按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法和结合附图对这方面的细节情况进行解释。
如在开始时所述，磁感应流量测量仪的运行方法也是本发明的主题，在所述方法中生成导电性测量信号并且向测量电极加载导电性测量信号。如之前所述，尤其按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法也是本发明的主题。
按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法的首先和主要特征在于，除了真正的导电性测量信号之外，还与所述导电性测量信号时间延时地生成校正信号并且也给测量电极加载校正信号，将需要在下面对此进行说明。
已经讲述，对于在磁感应流量测量仪中通过一个磁场线圈或多个磁场线圈内的磁化电流生成的磁场适用的是，所述磁场的时间变化过程不会准确地遵守磁化电流的时间变化过程，这使得对于磁场首先在流动的直流电流开始时有起振阶段和在流动的直流电流结束后有衰减阶段，在起振阶段结束后和衰减阶段开始之前磁场是恒定的和因此只在流量测量时间期间对在测量电极截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，所述流量测量时间处于起振阶段结束后和衰减阶段开始之前。
对于按照本发明的磁感应流量测量仪关键的是，只在小于一半的磁场生成的周期时间的流量测量时间期间对由测量电极截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析和只在处于流量测量时间之外的导电性测量时间期间对测量电极加载导电性测量信号。这允许流量测量时间与导电性测量时间之和准确地相当于磁场生成的周期时间的一半。但是重要的是流量测量时间与导电性测量时间总体上是这样地选择：流量测量时间与导电性测量时间之和小于磁场生成的周期时间的一半，使得在流量测量时间与导电性测量时间之间具有时间间隔。
已经多次讲述，在已知的磁感应流量测量仪中只在流量测量时间期间对在测量电极上截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，所述流量测量时间处于起振阶段结束后和衰减阶段开始之前。也具有这种在实际中也已实现的可能性，将导电性测量时间在时间上设计为其处于磁场的起振阶段之内或磁场的衰减阶段之内。
如上所述，按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法的首先并且主要特征在于，除了“真正”的导电性测量信号之外，在磁场生成的每个周期生成导电性测量信号，还与所述导电性测量信号时间延时地生成校正信号并且也给测量电极加载校正信号。在此为了能够对不同的，影响测量精确度的因素作出反应，能够使用不同的校正信号或校正措施。
在按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法的第一优选的实施方式中生成与导电性测量信号对应的，相对于导电性测量信号延迟一半的磁场生成的周期时间的“第一”校正脉冲。
对于在按照本发明的方法中在磁场的起振时间期间或磁场的衰减时间期间生成导电性测量信号的情况，本发明的校正教导在于，“第一”校正信号在其信号振幅和其信号持续时间上准确地与导电性测量信号相对应和在磁场的衰减时间期间或磁场的起振时间期间向测量电极加载“第一”校正信号并且从由导电性测量信号生成的测量电压和从由“第一”校正信号生成的测量电压中形成平均值。
在磁感应流量测量仪中磁场的衰减阶段不是精确地与磁场的起振阶段一致。由所述实际情况产生的测量误差将通过前述的本发明的教导-部分地或完全地-补偿。
如在开始时所述在磁感应流量测量仪中通过交变磁场工作。
此外在上面也讲述，交变磁场不是正弦形磁场，而是这样一个从下述中产生的磁场：一个或多个磁场线圈被具有交变极性的直流电流流过，并且在第一一半的周期时间期间在一个方向和在第二一半的周期时间期间在另一个方向。这样的循环-具有交变极性的直流电流-因此确定磁场生成的周期时间。因此可以称之为磁场生成的第一周期时间，磁场生成的第二周期时间，等等。在任何情况下都适用的是，每次磁场生成的第二周期时间分别跟在磁场生成的第一周期时间之后，第一周期时间又跟在磁场生成的第二周期时间之后等等。鉴于此具有又特别重要的另一个本发明的教导涉及，在每个第二周期时间内生成“相位偏移”的导电性测量信号作为“第二校正信号”。“相位偏移”的导电性测量信号理解为极性互换的导电性测量信号。因此如果导电性测量信号首先由正脉冲和然后由负脉冲组成，则对于“相位偏移”的导电性测量信号适用的是，它们首先由负脉冲和然后由正脉冲组成。
在磁感应流量测量仪中磁场线圈和测量电极的电容是不对称的。由所述实际情况产生的测量误差将通过前述的本发明的另一教导-部分地或完全地-补偿。
最后在按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法中又特别重要的特殊的实施方式的特征在于，在流量测量时间期间，即在没有向测量电极加载导电性测量信号的情况下，在测量电极上截取测量电压，并且确切地说在每个半周期内截取两个测量电压，这使得从在第一半个周期内的测量电压和在随后的半个周期内的测量电压中形成平均值并且从“真正的”测量值中减除所述-平均化的-测量值。其中“真正的”测量值是在向测量电极加载导电性测量信号的情况下得出的测量值。
若多次所述，在按照本发明的磁感应流量测量仪中利用交变磁场工作。所述交变磁场可能导致“发出哼哼声”，即导致“真正的”测量值与由磁交变场引起的“哼鸣电压”叠加。所述-当然是不期望的-错误源通过最后描述的措施预防。
详细地将具有不同的可能性来设计个改进按照本发明的磁感应流量测量仪和按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法。此外应参考列在属于独立权利要求1后面的权利要求2-9和列在属于独立权利要求10后面的权利要求11-14以及后面的结合附图对优选的实施例的说明。在附图中示出：
图1是磁感应流量测量仪的基本结构的示意图，
图2是属于按照本发明的磁感应流量测量仪的电路的第一实施例，
图3是属于按照本发明的磁感应流量测量仪的电路的第二实施例，
图4-图8是用于解释按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法的不同的实施例的图形表示。
在图1中仅示意性地以其基本结构显示的磁感应流量测量仪由供导电介质流过的测量管1，由用于生成至少也垂直于测量管1的纵轴线延伸的交变磁场的磁场生成装置(所述生成装置在所示的实施例中具有两个磁场线圈2，3)，由两个优选接触介质的测量电极4，5和由在图1中未显示的部件(即与测量电极4，5连接的，在图2和图3中示出的用于生成导电性测量信号的信号电流源6，在图2和图3中示出的用于信号电流源6的控制电路7)和由在图2和图3中示出的分析电路8组成。
对于所讨论的，既没有在图1中也没有在图2，3中详细地显示的磁感应流量测量仪适用的是，控制电路7或/和分析电路8如此设计使得只在小于一半的磁场生成的周期时间的流量测量时间期间对由测量电极4，5截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，和控制电路7被设计为只在处于流量测量时间之外的导电性测量时间期间对测量电极4，5加载导电性测量信号。也没有显示的是，控制电路7被设计为在流量测量时间期间信号电流源6被切断，但是至少高欧姆地接通。
此外对于按照本发明的磁感应流量测量仪的特殊的实施方式适用的是，如在图2和3所示，在信号电流源6和每个测量电极4，5之间分别连接分压器电阻9，10。在此将在测量电极4，5上生成的测量电压作为导电性的测量值进行分析。
在图2所示的电路中信号电流源6的第一信号输出端12与测量电极4和信号电流源6的第二信号输出端13与测量电极5相连接，而对于在图2所示的电路适用的是，信号电流源6的仅一个信号输出端12通过分压器电阻9，10分别与两个测量电极4，5相连接。在所述电路中将分别在测量电极4或5与参考电位11之间生成的测量电压作为测量电压的导电性的测量值进行分析。
在尤其示出按照本发明的磁感应流量测量仪的特别电路的图2和图3中没有显示，退耦电容器可以与至少一个分压器电阻9，10串联连接，优选地退耦电容器可以分别与两个分压器电阻9，10串联连接，使得通过控制电路7可以调节分压器电阻9，10的电阻值或/和该退耦电容器、一个或多个退耦电容器的电容值并且控制电路7被设计成，除了真正的导电性测量信号之外，由信号电流源还与所述导电性测量信号时间延时地生成校正信号。
在图4-图8所示为用于解释按照本发明的磁感应流量测量仪的运行方法的不同的实施例的图形表示。
在此分别示出示意图a)显示磁场的变化过程，示意图b)显示流量测量的变化过程，示意图c)显示用于导电性测量的导电性测量信号的变化过程和示意图d)显示导电性的测量值。
因为示意图a)和b)再现的是广为人知的现有技术，在这里就不再对它们进行说明。
在图4中还示出：示意图c)和d)显示的是在现有技术中为人所熟知的措施，即在在示意图c)中所示为只在处于流量测量时间之外的导电性测量时间期间生成导电性测量信号。
对于图5-图8中的示意图c)适用的是，除了真正的导电性测量信号之外还与真正的导电性测量信号时间延时地存在校正信号。既可以向测量电极加载真正导电性测量信号也可以加载校正信号。这个校正信号是什么类型和想通过它们实现什么目的，从之前的说明和权利要求11-14得出。

Claims (14)

1.磁感应流量测量仪，其具有至少一个供导电介质流过的测量管(1)，具有至少一个用于生成至少也垂直于测量管(1)的纵轴线延伸的交变磁场的磁场生成装置，具有至少两个-尤其接触介质的-测量电极(4，5)，具有与测量电极(4，5)连接的用于生成导电性测量信号的信号电压源或信号电流源(6)，具有用于磁场生成装置的和用于信号电压源或信号电流源(6)的控制电路(7)以及具有分析电路(8)，
其特征在于，
控制电路(7)或/和分析电路(8)被设计为只在小于一半的磁场生成的周期时间的流量测量时间期间对由测量电极(4，5)截取的或可截取的用于流量测量的测量电压进行分析，并且控制电路(7)被设计为只在处于流量测量时间之外的导电性测量时间期间对测量电极(4，5)加载导电性测量信号。
2.根据权利要求1所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，控制电路(7)被设计为在流量测量时间期间信号电压源或信号电流源(6)被切断，但是至少高欧姆地接通。
3.根据权利要求1或2所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，在信号电流源(6)和每个测量电极(4，5)之间分别连接分压器电阻(9，10)。
4.根据权利要求3所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，将在测量电极(4，5)上生成的测量电压作为导电性的测量值进行分析。
5.根据权利要求4所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，信号电流源(6)的仅一个信号输出端(12)通过分压器电阻(9，10)分别与两个测量电极(4，5)相连接。
6.根据权利要求5所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，将分别在测量电极(4，5)与参考电位(11)之间生成的测量电压作为导电性的测量值进行分析。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，退耦电容器与至少一个分压器电阻(9，10)串联连接，优选地退耦电容器分别与两个分压器电阻(9，10)串联连接。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，通过控制电路(7)可以调节分压器电阻(9，10)的电阻值或/和所述退耦电容器的电容值、一个或多个退耦电容器的电容值。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，控制电路(7)被设计成，除了真正的导电性测量信号之外，信号电流源(6)还与所述导电性测量信号时间延时地生成校正信号。
10.磁感应流量测量仪的运行方法，在所述方法中生成导电性测量信号并且向测量电极加载导电性测量信号，尤其用于使根据权利要求1-9中任一项所述的磁感应流量测量仪运行，
其特征在于，
除了真正的导电性测量信号之外，还与所述导电性测量信号时间延时地生成校正信号并且也给测量电极加载校正信号。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，生成与导电性测量信号对应的，相对于导电性测量信号延迟一半的磁场生成的周期时间的“第一”校正信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在磁场的起振时间期间或磁场的衰减时间期间生成导电性测量信号，其特征在于，“第一”校正信号在其信号振幅和其信号持续时间上准确地与导电性测量信号相对应和在磁场的衰减时间期间或磁场的起振时间期间向测量电极加载“第一”校正信号并且从由导电性测量信号生成的测量电压和从由“第一”校正信号生成的测量电压中形成平均值。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其中每次磁场生成的第二周期时间各跟在磁场生成的第一周期时间之后，其特征在于，在每个第二周期时间内生成“相位偏移”的导电性测量信号作为“第二校正信号”。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其特征在于，在流量测量时间期间，即在没有向测量电极加载导电性测量信号的情况下，在测量电极上截取测量电压，并且更确切地说在每个半周期内截取两个测量电压，使得从在第一半周期内的测量电压和在随后的半周期内的测量电压中形成平均值并且从“真正的”测量值中减除这个-平均化的-测量值。
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