CN104395699B - 带有多个功能单元的磁感应流量计 - Google Patents

Abstract

说明并介绍一种磁感应流量计，带有多个功能单元（5）和所有这些功能单元（5）共用的壳体（6），其中，每个功能单元（5）都具有用于让导电介质流过的测量管（1）、用于产生至少还垂直于测量管（1）纵轴线伸展的磁场的带有至少一个磁场线圈（6）的磁场产生装置（2）、两个测量电极（3、4），其中，两个测量电极（3、4）的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管（1）的纵轴线穿过测量管（1）。在所示实施例中，在壳体（6）中针对所有功能单元（5）的测量管（1）实现一个共同的介质输入接头（7），针对所有功能单元（5）的磁场产生装置（2）实现一个共同的电源（8），针对所有功能单元（5）的测量电极（3、4）实现一个共同的分析单元（9）。

Description

带有多个功能单元的磁感应流量计

本发明涉及一种磁感应流量计，其带有多个功能单元和所有这些功能单元共用的壳体，其中，每个功能单元都具有至少一个用于让导电介质流过的测量管、用于产生至少还垂直于测量管纵轴线伸展的磁场的磁场产生装置、至少两个测量电极，其中，两个测量电极的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管的纵轴线穿过测量管。

磁感应流量计在现有技术中已广泛公知数十年。对此例如参见文献K.W. Bonfig工程博士、教授的“Technische Durchflussmessung（工程流量测量）”埃森Vulkan出版社第3版2002年第123-167页以及KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG公司（科隆测量技术股份有限两合公司）的出版物2003年第3版Friedrich Hoffmann工程硕士的“GrundlagenMagnetisch-Induktive Durchflussmessung（磁感应流量测量基础）”。

用于测量流动介质流量的磁感应流量计的基本原理源于Michael Faraday（迈克尔·法拉第），他已在1832年提出，采用电磁感应原理来测量导电介质的流速。

根据法拉第感应定律，在被磁场穿过的流动的导电介质中产生一种电场强度，其垂直于介质的流向，并垂直于磁场。法拉第感应定律在磁感应流量计上的应用方式为，借助于具有至少一个磁场线圈通常两个磁场线圈的磁场产生装置来产生在测量过程期间随时间变化的磁场，该磁场至少部分地穿过流经测量管的导电介质。在此，所产生的磁场具有垂直于测量管纵轴线或者垂直于介质流向的分量。

如果按开篇所述，每个功能单元都具有磁场产生装置，用于产生至少也垂直于测量管纵轴线伸展的磁场，则这里还要再次指出，磁场虽然优选垂直于测量管纵轴线或者垂直于介质流向，但磁场有一个分量垂直于测量管纵轴线或者垂直于介质流向就足够了。

开头部分已介绍过，每个功能单元都包括至少两个测量电极，其中，两个测量电极的虚拟连接线至少基本上垂直于穿过测量管的磁场的方向伸展。两个测量电极的虚拟连接线优选实际上—或多或少地—垂直于穿过磁场的磁场的方向。

在流动的导电介质中通过感应而产生的电场强度可以通过直接地即直流地与介质接触的测量电极作为电压被测量，或者也可以由非直接地即非直流地与介质接触的电极被容性地探测。然后由测得的电压推导出流经测量管的介质的流量。

在现有技术中已知的磁感应流量计的测量误差如今已相当小，可以实现测量误差小于0.2%。

已知的磁感应流量计例如参见德国公开文献197 08 857、10 2004 063 617、102008 057 755和10 2008 057 756。这些公开文献的公开内容在此明确地也援引为本专利申请的公开内容。

很多种应用都要求多个磁感应流量计彼此相邻地布置和工作。

针对于下述观察方式，在至少使得由第一流量计的磁场产生装置产生的磁场至少部分地穿过第二流量计的测量管时，第一和第二磁感应流量计相邻。不言而喻，相邻的布置方式并不局限于两个流量计。

通常无法例如在空间有限的情况下把磁感应流量计之间的空间间距大小选择得使得它们不相邻。流量计的屏蔽牵涉到额外的成本和代价。

如果第一流量计和第二流量计在工作中执行测量过程，则一方面并不知道两个相邻的流量计的测量过程在时间上是否交叠，另一方面在时间交叠情况下并不知道往往非恒定不变的时间交叠程度有多大。

如果认定两个相邻的流量计的测量过程有时间交叠，则由第二流量计的磁场产生装置产生的磁场，和延伸至第二流量计的测量管的、由第一流量计的磁场产生装置产生的磁场，在第二流量计的测量管中交叠。两个磁场的交叠引起按未知的方式变化的感应电压和对流量测量的相应影响，这意味着测量质量的下降。因此，例如在流经流量计测量管的流量恒定的情况下，流量计会显示出变化的流量。不言而喻，第二流量计的测量过程也影响第一流量计的流量测量值。

在2011年9月9日申请的即已属于现有技术的德国专利申请10 2011 112 763.5涉及到在磁感应流量计相邻布置情况下改善测量质量和改善相邻磁感应流量计的布置方式的问题。根据该专利申请的方法教导，为了避免因相邻磁感应流量计的磁场引起流量测量的相互影响变化，使得各个相邻流量计的测量过程同步。

按照如开头部分所述，在当前，磁感应流量计并非在空间上分开地布置，而是相邻地布置，确切地说，磁感应流量计带有多个功能单元和所有这些功能单元共用的壳体。因此，涉及到多个磁感应流量计，它们在空间上并不分开，以至于它们具有一个共用的壳体。这种流量计由Kirchgaesser Industrie Elektronik GmbH公司（Kirchgaesser工业电子股份有限公司）以名称“MULTIMIDEX”制造和销售。

于是，本发明的目的在于，提出开篇所述类型的磁感应流量计，其可以相当简单地构造和简单地制造。

本发明的目的首先主要以下述方式来实现：在壳体中针对所有功能单元的测量管实现一个共同的介质输入接头或一个共同的介质流出接头，或/和在壳体中针对所有功能单元的磁场产生装置实现一个共同的电源，或/和在壳体中针对所有功能单元的测量电极实现一个共同的分析单元。

因而对于本发明的目的来说，首先有三个解决方案，即：

a) 在壳体中针对所有功能单元的测量管实现一个共同的介质输入接头或一个共同的介质流出接头；

b) 在壳体中针对所有功能单元的磁场产生装置实现一个共同的电源；

c) 在壳体中针对所有功能单元的测量电极实现一个共同的分析单元。

前面列举的三种解决方案可以替代地实现，或者—部分或完全地—累加地（kumulativ）实现，即，替代地为a)或b)或c)，或者，累加地为a)和b)、a)和c)、b)和c)或a)和b)和c)。

如前所述，本发明的磁感应流量计可以采用多种方式来设计和改进，这尤其适用于所列举的解决方案b)和c)。

就开篇所述类型的因而也是本发明类型的磁感应流量计而言，所有功能单元的磁场产生装置都具有至少一个磁场线圈，通常也有两个磁场线圈。基于此，本发明的另一教导在于，所有功能单元的磁场线圈都串联连接。这不仅能实现给所有功能单元的磁场产生装置共同地供电，这也导致所有磁场线圈都同时同步地受控，并且，紧密并排布置的功能单元之间的磁场的串扰是恒定的，且可以流入到矫正机构中。

就本发明的实现了前面列举的解决方案c)的磁感应流量计而言，在各个功能单元的测量电极上产生的电极电压当然分开地但并行地即在对于所有功能单元都相同的测量阶段中被测量。

针对本发明的实现了解决方案c)的磁感应流量计而言，还建议给属于各个功能单元的测量电极分别后置一个自己的前置放大器。

就本发明所基于的磁感应流量计和本发明的磁感应流量计而言，在各个功能单元的测量电极上产生的电极电压时模拟的测量值。由于最好用数字测量值进行工作，所以建议把起初产生的模拟测量值数字化，即给属于各个功能单元的测量电极分别后置一个自己的A/D转换器。如果给属于各个功能单元的测量电极分别后置一个自己的前置放大器，那就把A/D转换器置于前置放大器之后。

此外，就本发明的实现了上面列举的解决方案c)的磁感应流量计而言，给属于各个功能单元的测量电极分别后置一个自己的A/D转换器，必要时分别置于前置放大器之后，人们在当今与A/D转换器相结合地应用常见的现有技术。因而可以通过数字的总线例如I²C或SPI来访问A/D转换器，采样速度可以选择得如此之高，以至于不会丢失A/D转换器的采样值，和/或可以考虑使得A/D转换器长久地存储采样值，直到有新的测量值。

前述内容涉及磁感应流量计的主要功能，即，测量导电介质流经测量管的流量。但并不局限于对磁感应流量计的主要功能进行设计和改进，也可以实现次级功能。

首先，可以按下述方式实现所述次级功能：至少一个功能单元优选所有功能单元都具有用于导电能力测量、介质识别或/和空载识别的电路机构。导电能力测量、介质识别或空载识别可以针对所有功能单元同时进行（并行工作），或者相继地进行（串行工作），或者也可以针对选定的功能单元进行（选择性工作）。为了进行导电能力测量，可以给每个功能单元都施加在两个测量电极之间的具有变化极性的差电流，并通过测量在测量电极上的电压来确定测量电极之间的导电能力。

此外，就本发明的磁感应流量计而言，每个功能单元都可以有一组自己的矫正值，用于计算不同的测量值，特别是用于测量流量，必要时测量导电能力。这些矫正值可以包括发生器常数、用于流速测量的矫正值因子、零点常数、用于流速测量的矫正值偏差常数、电极因子、导电能力测量因子、额定距离常数、用以基于流速测量来计算体积流的相应功能单元的直径常数。

为了能使得本发明的磁感应流量计与“外界”通信，一种优选的实施方式的特征在于，分析单元具有位于外部的数字的总线接口，例如Can总线、Modelbus、Profibus、FF、Ethernet、ASI。通过这些数字的总线接口可以读出各个流量值，必要时也可以读出各个导电能力值。数字的总线接口也可以用于读出流量监视的结果，例如监视极限值。通过数字的总线接口也可以调节矫正值。

本发明的磁感应流量计优选可以用于机器，例如清洁机器，在清洁机器上，至少在这种机器的某些区域中，可能会出现水，但肯定会出现湿气。对此，本发明的另一教导在于，本发明的磁感应流量计的分析单元在IP-66-壳体、IP-67-壳体或IP-68-壳体中实现。与此相结合地，或者也可以替代地，建议本发明的磁感应流量计以低压进行工作，即通过单独的电源件连接至电网电压，通常为230V交流电压。

具体而言，现在有各种不同的可行方案用来设计和改进本发明的磁感应流量计。对此，一方面参见权利要求1之后的权利要求，另一方面参见在附图中仅仅非常示意性地示出的下述实施例。在附图中：

图1非常示意性地示出磁感应流量计的基本结构；

图2又非常示意性地示出磁感应流量计，其带有多个功能单元；

图3示出本发明的磁感应流量计的一种优选实施方式的第一细节部分；和

图4示出本发明的磁感应流量计的一种优选实施方式的第二细节部分。

这些附图示出了一种磁感应流量计，如图1中所示，其主要包括用于让导电介质流过的测量管1、用于产生垂直于测量管1的纵轴线伸展的磁场的磁场产生装置2和至少两个测量电极3、4，其中，两个测量电极3、4的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管1的纵轴线穿过测量管1。

在图2中示出，所述磁感应流量计具有多个功能单元5和所有这些功能单元5共用的壳体6，其中，每个功能单元5都与前面已结合图1针对磁感应流量计的基本结构的所述内容相同地设计。

在图2中示出，对于所示磁感应流量计适用的是，在壳体6中针对所有功能单元5的测量管1实现了一个共用的介质流入接头7。而在图3中示出，在壳体6中针对所有功能单元5的磁场产生装置2都实现了一个共用的电源8。最后在图4中示出，在壳体6中针对所有功能单元5的测量电极3、4都实现了一个共用的分析单元9。

在非常示意性地示出磁感应流量计的基本结构的图1中，磁场产生装置2也仅仅示意性地示出。而由图3可见，所有功能单元5的磁场产生装置2都具有至少一个磁场线圈10。可直截了当地看出，所有功能单元的磁场线圈10都串联连接。

未示出的是，分析单元9经过优选设计，在各个功能单元5的测量电极3、4上产生的电极电压被分开地但并行地即在对于所有功能单元5都相同的测量阶段被测量。

图4示出分析单元9的细节，该分析单元针对所有功能单元5的测量电极3、4共同地实现。具体而言，属于各个功能单元5的测量电极3、4首先各有一个自己的前置放大器11。此外，属于各个功能单元5的测量电极3、4分别后置一个自己的A/D转换器12。具体而言，这些A/D转换器12后置于前置放大器11。

在这些附图中未示出的是，可以通过数字的总线例如I²C或SPI来访问A/D转换器12，采样速度如此之高，以至于不会丢失A/D转换器12的采样值，而且A/D转换器12长久地存储采样值，直到有新的测量值。也未示出的是，至少一个功能单元5优选所有功能单元5都具有用于导电能力测量、介质识别或/和空载识别的电路机构。

最后在图4中还示出，分析单元9具有位于外部的数字的总线接口13。

本发明的磁感应流量计优选可以用于机器，例如清洁机器，在清洁机器上，至少在这种机器的某些区域中，可能会出现水，但肯定会出现湿气。对此，就本发明的磁感应流量计而言，壳体6优选被实现为IP-66-壳体、IP-67-壳体或IP-68-壳体。与此相结合地，或者也可以替代地，本发明的磁感应流量计以低压进行工作，即通过单独的电源件（Netzteil）14连接至电网电压，通常为230V交流电压，如图2中所示。

Claims (9)

1.一种磁感应流量计，带有多个功能单元和所有这些功能单元共用的壳体，其中，每个功能单元都具有至少一个用于让导电介质流过的测量管、用于产生至少还垂直于测量管纵轴线伸展的磁场的磁场产生装置、至少两个测量电极，其中，两个测量电极的虚拟连接线至少基本上垂直于磁场的方向伸展，该磁场垂直于测量管的纵轴线穿过测量管，

其特征在于，

在壳体（6）中针对所有功能单元（5）的测量管（1）实现一个共同的介质输入接头（7）或一个共同的介质流出接头，

在壳体（6）中针对所有功能单元（5）的磁场产生装置（2）实现一个共同的电源（8），

在壳体（6）中针对所有功能单元（5）的测量电极（3、4）实现一个共同的分析单元（9），

所有功能单元（5）的磁场产生装置（2）都分别具有至少一个磁场线圈（10），

所有功能单元（5）的磁场线圈（10）都串联连接，

所有磁场线圈（10）都同时同步地受控，并且，紧密并排布置的功能单元（5）之间的磁场线圈（10）的磁场的串扰是恒定的。

2.如权利要求1所述的磁感应流量计，其特征在于，分析单元（9）经过设计，从而在各个功能单元（5）的测量电极（3、4）上产生的电极电压分开地但并行地即在对于所有功能单元（5）都相同的测量阶段中被测量。

3.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，属于各个功能单元（5）的测量电极（3、4）分别后置有自己的前置放大器（11）。

4.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，属于各个功能单元（5）的测量电极（3、4）分别后置有自己的A/D转换器（12）。

5.如权利要求3所述的磁感应流量计，其特征在于，属于各个功能单元（5）的测量电极（3、4）分别后置有自己的A/D转换器（12），其中A/D转换器（12）置于前置放大器（11）之后。

6.如权利要求4所述的磁感应流量计，其特征在于，A/D转换器（12）可以通过数字的总线来访问。

7.如权利要求4所述的磁感应流量计，其特征在于，A/D转换器（12）长久地存储采样值，直到有新的测量值。

8.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，分析单元（9）具有位于外部的数字的总线接口（13）。

9.如权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，用于磁场产生装置（2）和电子分析机构（9）的电源（8）针对低压而设计。