CN104428635A - 一种控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法，磁感应流量测量设备具有表示过电压U_O的第一值和表示保持电压U_H的第二值，其中第一值大于第二值，其特征在于如下步骤：A设置电流水平的第一切换点I_S，到该第一切换点I_S时要对线圈供应过电压U_O；B施加过电压U_O，直到电流水平上升到为电流水平设置的切换点I_S；C从过电压U_O切换到保持电压U_H，以把电流水平保持在恒定电流端值I_H，以及一种磁感应流量测量设备。

Description

一种控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法

技术领域

本发明涉及一种控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法，该方法在权利要求1的前序部分中限定，并且涉及一种如在权利要求10的前序部分所限定的磁感应流量测量设备。

背景技术

线圈电流在线圈装置中流动，线圈装置具有电感并且是包含线圈铁芯和/或极靴的磁体系统的一部分。线圈电流被测时使得线圈电流在前半周期为正并且具有恒定的第一电流端值，以及在后半周期为负，具有恒定的第二电流端值，第二电流端值与第一电流端值的幅值相等。

磁体系统的线圈铁芯和/或极靴最通常由软磁体材料形成。但是，也存在具有铁磁线圈铁芯的磁体系统。

在这两种磁体系统的情形中，由于线圈电流的上升和下降，在磁体系统中感应出涡流，防止磁场精确地跟随线圈电流的上升而上升的风险，如果没有线圈铁芯和/或极靴，会出现这种情况。而且，磁场的上升比线圈电流的上升延迟且平缓。在这种情况下，线圈电流需要精确控制到恒定的端幅值。

EP 0 969 268 A1公开了一种用于控制线圈电流的方法，其中，首先提供预定时间间隔的过电压，并且在该时间间隔之后发生反馈控制。该方法通常在实践中得到证明。然而，如果由于波动和干扰，使得起点有移位，例如于是将在恒定的时间间隔内产生较高的最大电流水平，并且在给定情况下这将导致过载。

此外，还已知一些方法，具有诊断功能以检查最大电流水平。但是在这些方法中，电流水平并不作为控制变量，而是其仅考虑作为用于检查控制单元的值。

因此，根据作为最接近现有技术的EP 0 969 268 A1，本发明的目的是提供一种用于控制线圈电流的另一种方法。

发明内容

本发明通过权利要求1和10的特征来实现该目的。

根据本发明，提供一种用于控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法，磁感应流量测量设备具有表示过电压U_O的第一值和表示保持电压U_H的第二值，其中第一值大于第二值，其特征在于如下步骤：

设置电流水平的第一切换点I_S，达到该第一切换点I_S时要对线圈供应过电压U_O；

施加过电压U_O，直到电流水平上升到为该电流水平设置的切换点I_S；

从过电压U_O切换到保持电压U_H，以把电流水平保持在恒定电流端值I_H。

本发明的方法可靠地避免了现有技术描述的缺点。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

在过电压切换到保持电压之后，该切换优选由比较器控制，由于线圈的自感，电流水平仍然略微上升。在电流水平小幅上升后，电流水平可发生同样的小幅下降，可以引起比较器切换回到过电压。为了防止这种转回，监测该切换。根据控制线圈电流的特定方法产生的对比较器转回的监测和预防可有利地由触发器电路实施。

尤其优选地，控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法用于双导线现场设备的情况。

传统地，这种双导线现场设备主要这样地设计，使得在形成为电流回路的单对线路中瞬时流动的供给电流的瞬时电流水平的值为4mA到20mA之间，同时瞬时电流水平还表示现场设备此刻产生的测量值，或此刻发送到现场设备的激励值。因此，这种双导线现场设备的特别问题在于，在运行中至少名义上可转变的或由现场设备-电子器件转变的电能(接下来简称为“可用电能”)能够以实际上不可预测的方式在很大范围内波动。考虑到这些，因此，现在的双导线现场设备(2L现场设备)，尤其是现在的具有(4mA到20mA)电流回路的双线测量设备(2L测量设备)，通常被设计为使得利用在评估和操作电路中提供的微计算机来执行的设备功能是可变的，并且因此，通常在任意情况下都仅转变少量电能的操作和评估电路可以被适配于瞬时可用电能。

附图说明

接下来将根据附图更详细地解释本发明的优选实施例，其中：

图1为根据本发明方法工作的电路的示意图；以及

图2为本发明方法中的电流的图

具体实施方式

现在根据图2的曲线图更详细地描述本发明的方法。

图2首先示出了用于线圈控制的电流，例如根据EP 0 969 268 A1的方法，其全部内容通过引用并入本文。线圈电流在具有电感L的线圈装置中流动。线圈装置是磁体系统的一部分。线圈电流在前半周期为正，并且之后在后半周期为负。在EP 0 969 268公开的方法中，施加过电压达时间t_a，以将电流水平从所谓的负场提升到电平I_m。然后，供应保持电压达时间t_c。在这种情况下，电流水平在时间t_a期间上升到值I_m。线圈电流I在时间t_a期间急剧上升。

因此，长期以来的做法是将电流水平的设置与在负场的起点关联起来。采用过电压提升电流并且控制施加过电压的时间以实现期望的电流水平。

与此相比，在本发明方法的情况下，将过电压U_O供应给线圈装置，并且之后将保持电压U_H供应给线圈装置，其中过电压大于保持电压。在这种情况下，首先，设置电流水平的切换点I_S，在达到该切换点I_S时要对线圈供应过电压U_O。

然后，施加过电压U_O，直到电流水平上升到即时设置的电流水平的期望值I_S。

最后，执行从过电压U_O到保持电压U_H的切换，以把电流水平保持在恒定电流端值I_H。

图1示出了执行该方法的电路。在电路中，放大器4连接到比较器1的第一输入端。比较器1的输出端与触发器电路3连接。此外，D/A转换器2与比较器的第二输入端连接。D/A转换器2在其输入端与评估单元5连接并且将评估单元5的数字信号转变为模拟信号，该模拟信号被馈入比较器1的第二输入端。从放大器4和比较器1之间的连接，一个路径引向到A/D转换器6，该A/D转换器6与评估单元5连接。触发器电路3的预置端与评估单元连接，而触发器电路3的输出端连接到电压源(未示出)。触发器电路输出端的分支连接到评估单元5的输入端。

基于电流等效电压，现在将更详细地解释电路的运行。为电路提供小幅值电压形式的输入信号，该信号首先在放大器4中被放大。放大的输入信号之后送入到比较器1。正如已知的，比较器是一种没有负反馈的运算放大器并且能够比较非常小的电压差。实际上，在比较器1输入端侧进行比较的一方是放大的输入信号E，并且另一方是电流水平等效电压的期望值S。该期望值S对应于电流水平的切换点I_S，达到该切换点I_S时要对线圈供应过电压U_O。期望值S由评估单元5预先确定并且经由D/A转换器2到比较器1的第二输入端。可调整期望值S。

只要供应到第一输入端的信号低于期望值，即E＜S，线圈就由上述电压源(其与触发器电路3的输出端连接)提供过电压U_O。一旦到达期望值，比较器的输出信号就改变以使得新的输出信号引起从过电压U_O切换到保持电压U_H，例如由于符号改变或从1切换到0。

由于线圈装置的自感，在切换时，伴随着电流水平等效电压，会导致电流水平发生附加的略微上升。之后，电流水平下降到在保持电压U_H处的恒定电流端值I_End。这种下降可导致短时间的输入信号E再次小于期望值S的事实，这会导致比较器1切换回到过电压运行。为了防止这种转回过电压操作，比较器1在其输出端侧与触发器电路3连接。

因此，参照图2的电流水平波形，从某一起点I_start开始，比较器跟踪上升到设置的切换点I_S的电流。比较器1借助D/A转换器2执行该跟踪。比较器1还启动到保持电压U_H的切换。这在图1中示出。在图1的特别优选实施例中，电路还包括触发器3，其功能已在之前解释过。在切换到保持电压U_H和依赖于线圈自感的随后一段时间之后，产生恒定的电流端值I_End。该恒定电流端值I_End在实施例的本示例中被预设或被固定为期望端值。

在图1的优选实施例中，电路还包括A/D转换器6，其将比较器1的第一输入端处的当前电流水平I的电流等效电压转变为数字信号并且将其发送给评估单元5。A/D转换器6将输入信号E转变为数字信号，该输入信号E与当前施加的电流水平成比例。在切换到保持电压U_H后的离散时间点，例如5ms后，评估单元查询A/D转换器的输出值，该输出值对应于测量时间点的当前电流水平I_R。如果查询值I_R小于保持电压U_H的电流端值I_H，则评估单元5和D/A变换器2将电流水平的切换点I_S，或在比较器输入端上的电流等效电压S，设置到较高的值，其中达到该切换点I_S时应对线圈供应过电压U_O。

对电流水平的切换点I_S的可能调整的前述说明应理解为仅作为优选实施例，其中达到该切换点I_S时应对线圈供应过电压U_O。

这样，在附加的实施例中，替代电流端值I_End，选择作为期望端值的值可以是，例如大于电流端值I_End的电流水平。

根据本发明，电流水平在本方法中为控制变量。在这样的情况下，例如，在启动时，预设第一切换点I_S为22mA。基于该第一起始值，发生到达所述切换点的电流水平的第一增长。

在增长和切换后，例如，在5ms时间后，将当前电流水平I_R与预设期望端值做比较。例如，如果当前电流水平I_R低于期望端值，则增大可控切换点I_S。例如，如果当前电流水平I_R高于期望端值，则降低可调切换点I_S。因此，在每次增长前，进行切换点I_S的重新设置，利用切换点I_S的电流等效电压S，比较器1执行与输入信号E的前述比较。

因此，该电路允许执行用于磁感应流量测量设备的线圈电流控制方法。

因此，不同于过去，基于电流水平的可设置切换点I_S，在过电压和保持电压之间的切换直接可控，而直到该切换点I_S的设置的时间间隔是可变的。通过电流水平规范(specification)的切换间隔控制的优点在于，以此方式，还可以为流量测量设备施加具有较少恒定电压的电源供给。由于电压波动具有较小的影响，则还可使用较少的电源供给，因而实现了小型化并节约了材料成本。因此为线圈供应具有脉冲暂停的测时的电流是可能的，其中，在双导线现场设备的情况下，总的来说，可以对可用小电流水平进行更好的管理。此外，可实现与起点I_start(在t₀处)的不相关。

本发明的一个附加优点在于更快的逼近时间。传统地时间t_a需要缓慢增加，以防止过载。因此，例如，在时间间隔t_a内，可能由于外部影响，电流水平的上升远高于预期值。这可通过本方法中对I_S的切换点规范加以防止。

总的来说，该新方法比以前的方法对环境的影响更具有鲁棒性。该新方法不依赖于起点和施加电压的稳定性。

Claims (11)

1.一种用于控制磁感应流量测量设备的线圈电流的方法，所述磁感应流量测量设备具有表示过电压U_O的第一值和表示保持电压U_H的第二值，其中所述第一值大于所述第二值，所述方法的特征在于如下步骤：

A.设置电流水平的第一切换点I_S，达到所述第一切换点I_S时要对线圈供应所述过电压U_O；

B.施加过电压U_O，直到所述电流水平上升到为该电流水平设置的切换点I_S；以及

C.从所述过电压U_O切换到所述保持电压U_H，以把所述电流水平保持在恒定电流端值I_H。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当前电流水平I_R与电流水平的所述切换点I_S的比较由比较器(1)执行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在根据步骤C的切换之后，评估当前电流水平I，并且基于该当前电流水平调整所述切换点I_S。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在根据步骤C的切换之前，与时间相独立地执行电流等效电压的输入信号E与用于所述切换点I_S的电流水平等效电压S的期望值的比较。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过下述步骤执行根据步骤A的所述第一切换点I_S的设置：

i)在根据步骤C的切换之后，确定表示当前电流水平I_R的值；

ii)对所述当前电流水平I_R和预先设置的用于电流端值I_End的期望端值做比较，所述比较发生在持续地保持电压U_H的情况下；以及

iii)在所述当前电流水平I_R与所述电流端值I_End存在偏差的情况下，改变所述切换点I_S。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，表示过电压U_O的所述第一值大于表示保持电压U_H的所述第二值的两倍。

7.根据权利要求2或其从属权利要求所述的方法，其特征在于，从所述过电压U_O到所述保持电压U_H的切换由所述比较器(1)启动，其中评估所述比较器(1)的切换，以防止切换回到所述过电压U_O。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过触发器电路(3)防止从所述保持电压U_H切换回到所述过电压U_O。

9.一种根据权利要求1至8之一所述的方法的应用，用于控制在双导线技术中的磁感应流量测量设备的线圈电流。

10.一种磁感应流量测量设备，优选地实施为双导线现场设备，所述双导线现场设备包括线圈装置和控制线圈电流的电路，尤其是根据前述权利要求所述的方法控制线圈电流的电路，

所述电路被设计成向所述线圈装置供应过电压U_O和保持电压U_H，

其中，所述电路具有比较器(1)，用于对当前电流水平I_R和电流水平的切换点I_S做比较，以及

其中，所述电路适于一旦到达所述电流水平的切换点I_S则从所述过电压U_O切换到所述保持电压U_H。

11.根据权利要求10所述的磁感应流量测量设备，其特征在于，所述电路还包括触发器电路(3)，用于防止从所述保持电压U_H切换回到所述过电压U_O。