CN104949722A - 磁感应流量测量仪和用于运行磁感应流量测量仪的方法 - Google Patents

磁感应流量测量仪和用于运行磁感应流量测量仪的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁感应流量测量仪和用于运行磁感应流量测量仪的方法，磁感应流量测量仪带有用于导电介质的流量的至少一个测量管、带有用于产生至少还垂直于测量管的纵轴线伸延的交变的磁场的磁场产生装置、带有(尤其接触介质)的至少两个测量电极且带有评估电路，其中，磁场产生装置具有至少一个场线圈和线圈供电部。根据本发明，测量电极回路、即测量电极所属于的电流回路的监控是可能的，亦即由此实现，即评估电路具有在运行状态“无流量”中活动的串扰电压指示器，或者说由此，即如果没有导电介质流过测量管，那么测量和/或监控串扰电压并且从串扰电压推导出测量电极回路是否功能有效。

Description

磁感应流量测量仪和用于运行磁感应流量测量仪的方法
技术领域
本发明涉及一种磁感应流量测量仪，其带有用于导电介质的流量的至少一个测量管、带有用于产生至少还垂直于测量管的纵轴线伸延的交变的磁场的磁场产生装置、带有至少两个(尤其接触介质)的测量电极且带有评估电路(Auswerteschaltung)，其中，磁场产生装置具有至少一个场线圈(Feldspule)和线圈供电部(Spulenstromversorgung)并且线圈供电部优选地具有电流调节器和优选地转换桥(Umschaltbrücke)。本发明还涉及一种用于运行如之前被详细说明的类型的磁感应流量测量仪的方法。
背景技术
由文件DE 199 07 864 A1已知一种之前所说明的类型的磁感应流量测量仪。在该已知的磁感应流量测量仪中，磁场产生装置可具有一个场线圈或者两个场线圈。这是之前所实施成磁场产生装置具有至少一个场线圈的原因。在该已知的磁感应流量测量仪中磁场产生装置还具有电流调节器和转换桥。然而因为不管是电流调节器还是转换桥都不是功能必需的，上面另外实施成磁场产生装置优选地具有电流调节器和优选地转换桥。
磁感应式流量调节器几十年来在现有技术中大范围已知。对此，示例性地参照引文Prof. Dr.-Ing. K.W. Bonfig的"Technische Durchflussmessung"第三版，Vulkan出版社Essen，2002，123页至167页；并且还参照引文Dipl.-Ing. Friedrich Hoffmann的"Grundlagen Magnetisch-Induktive Durchflussmessung"，第三版，2003，KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG公司的印刷品。
用于流动介质的流量测量的磁感应流量测量仪的基本原理追溯到Michael Faraday，其已在1832年提出运用电磁感应的原理用于测量导电介质的流动速度。
根据法拉第感应定律，在被磁场贯穿的流动的能导电的介质中产生垂直于介质的流动方向且垂直于磁场的电场强度。法拉第感应定律在磁感应流量测量仪中由此来应用，即借助于磁场产生装置(其具有至少一个场线圈、通常两个场线圈)产生在测量过程期间在时间上交变的磁场并且磁场至少部分地穿过流过测量管的能导电的介质。在此，产生的磁场具有垂直于测量管的纵轴线或垂直于介质的流动方向的至少一个分量。
如果在开头说“用于产生至少还垂直于测量管的纵轴线伸延的磁场”的至少一个磁场产生装置属于所谈及的磁感应流量测量仪，那么这里还应再次指出，磁场虽然优选地垂直于测量管的纵轴线或垂直于介质的流动方向伸延，然而有磁场的分量垂直于测量管的纵轴线或垂直于介质的流动方向伸延就足够。
开头还指出，尤其接触介质的至少两个测量电极属于所谈及的磁感应流量测量仪。这些测量电极用于截取在流动的介质中感应的测量电压。优选地，这两个测量电极的虚拟的连线至少大致垂直于垂直于测量管的纵轴线贯穿测量管的磁场的方向，测量电极尤其可设置成使得其虚拟的连线实际上(或多或少地)垂直于贯穿该磁场的磁场的方向伸延。
最后开头指出，测量电极尤其是接触介质的这样的测量电极。在实际上，通过在流动的、能导电的介质中感应产生的电场强度当然可通过直接、即电流地与介质相接触的测量电极作为测量电压来截取。但是也存在这样的磁感应流量测量仪，在其中测量电压不通过直接、即不通过电流地与介质相接触的测量电极来截取，而是电容地来检测测量电压。
磁感应流量测量仪在工业领域中开始是以交变的磁场来运行。出于成本原因，在此，该场线圈或多个场线圈被联接到现有的交变电压网络处，使得磁场大致正弦形地改变其场强。以大致正弦形地改变其场强的磁场运行磁感应流量测量仪然而具有缺点(参考文件DE 199 07 864 A1，第1栏，第53行，至第2栏，第13行)。
自70年代中期以来，磁感应流量测量仪越来越多地获得认可，其以所接通的直流磁场工作，在其中即以所接通的直流电作为线圈电流来工作。如果以所接通的直流磁场来工作，避免了如果以其场强大致正弦地变化的磁场来工作那么会产生的缺点。然而当以所接通的直流磁场来工作时，还存在问题(对此参考文件DE 199 07 864 A1，第2栏，第18行至41行)。
在文件DE 199 07 864 A1中所说明的发明目的是将已知的、以所接通的直流磁场工作的磁感应流量测量仪设计和改进成使得所阐述的、受系统限制的转换阶段(Umschaltphase)比之前在现有技术中已知存在的磁感应流量测量仪更短，从而可提高场频率、即直流磁场转换的频率(参考文件DE 199 07864 A1，第2栏，第42行至49行)。
尤其在已知的磁感应流量测量仪中设置有附加电流源并且借助于附加电流源直接在作为所接通的直流电存在的线圈电流的每个半波开始时附加电流可输入到该场线圈中或到多个场线圈中(参见文件DE 199 07 864 A1，第2栏，第50行至57行，权利要求1；但是还有另外的解释在第2栏第58行至第4栏第7行；以及权利要求2至10)。
所谈及的类型的磁感应流量测量仪近似由两个功能单元构成。在此，测量管、场线圈或者磁场产生装置的场线圈和测量电极属于第一功能单元、也称传感器。线圈供电部和评估电路属于第二功能单元、也称电子设备。通常，线圈供电部和评估电路在一个导体卡(Leiterkarte)上或在多个导体卡上来实现。第一功能单元、即传感器大多通过缆线与第二功能单元、即电子设备相连接。在紧凑型磁感应流量测量仪(在其中电子设备或多或少地直接布置在传感器上)中，缆线相当短。但是也存在遥控型实施形式，在其中一方面传感器与另一方面电子设备分开。在此，在传感器与电子设备之间可能会需要相当长的缆线，带有直至100m的长度。
长久以来，在磁感应流量测量仪的安全相关的应用中，如即使在其它流量测量仪的安全相关的应用中，存在完全监控流量测量仪的功能性的期望、常常也存在该必要性。这至今在磁感应流量测量仪中仅受限制地可能。
由电子设备可不仅针对断路而且针对短路监控场线圈或多个场线圈以及线圈供电部所属于的场线圈回路(Feldspulenkreis)、电流回路(Stromkreis)。可在一定的区域中针对典型的阻抗监控测量电极所属于的测量电极回路、电流回路。如果导电的介质流过所谈及的类型的磁感应流量测量仪，那么可通过线圈电流的调制不仅监控场线圈回路而且监控测量电极回路，即通过评估由线圈电流的调制所引起的信号。然而如果没有导电介质流过磁感应流量测量仪、即如果流量是零，那么这不起作用。
发明内容
从之前所阐述的现有技术和所指出的问题出发，本发明目的在于一方面说明一种磁感应流量测量仪，其即使当没有导电介质流过磁感应流量测量仪时、即当流量是零时那么也可被完全监控；另一方面说明一种用于运行磁感应流量测量仪的方法，利用其即使当没有导电介质流过磁感应流量测量仪时、即在流量是零时流量测量仪的完全监控那么也是可能的。
根据本发明的磁感应流量测量仪(在其中之前所引出的和指出的目的被实现)首先且主要特征在于，评估电路具有在运行状态“无流量”中活动的串扰电压指示器(übersprechspannungsindikator)。
在磁感应流量测量仪中，该场线圈或多个场线圈为了线圈电流的短时起振(Einschwingen)必须首先以相对高的线圈电压、之后以相对高的线圈电流来运行。这和该场线圈或多个场线圈功能必要地安装在测量电极附近的事实导致，尤其在转换阶段期间发生“串扰”，这意味着串扰电压被传递到测量电极上。通常尝试通过装设传感器、通过屏蔽和通过在传感器与电子设备之间的连接的合适的引导来使该串扰最小化，因为串扰会干扰正常的流量测量。
通过测量和监控通常不期望的串扰电压，由此具有对于闭合的且起作用的测量电极回路的标志，现在根据本发明来利用通常尝试消除或无论如何减小的该串扰。
串扰电压的最大振幅通常比较小。因此推荐使用灵敏的信号A/D转换器用于串扰电压的测量。
如果当串扰电压的振幅超过一定的值时那么才应将测量电极回路评估为功能有效，推荐在根据本发明的磁感应流量测量仪的评估电路中设置将一定的串扰电压作为参考值存储的参考值传感器(Referenzwertgeber)。串扰电压的信号形状-振幅(Signalform-Amplitude)尤其可被存储为参考值。
如开头且上面另外所实施的那样，本发明还涉及一种用于运行开头所说明的类型的磁感应流量测量仪的方法。该方法根据本发明首先且主要特征在于，如果没有导电介质流过测量管，那么来测量和/或监控串扰电压并且从串扰电压推导出测量电极回路是否功能有效。对此，以串扰和以串扰电压所指的内容参照上面另外给出的解释。
因为串扰电压的最大振幅通常比较小，推荐借助于灵敏的信号A/D转换器来测量和/或监控串扰电压。
在所谈及的类型的磁感应流量测量仪中实际总是存在串扰并且总是存在串扰电压。但是不将串扰电压的每个还如此小的振幅用作对于测量电极回路功能有效的指示器可以是适宜的。因此，本发明的另一教导在于将所测量的和/或监控的串扰电压与所存储的参考值比较并且仅当所测量的和/或监控的串扰电压高于参考值时那么才将测量电极回路评估为功能有效。在此推荐将串扰电压的信号形状-振幅用作参考值。
最后，本发明的另一教导在于改变或者说调制场电流的控制。这使串扰电压的信号形状可更好地识别。
附图说明
如之前详细阐述的那样，存在设计和改进根据本发明的磁感应流量测量仪或根据本发明的用于运行磁感应流量测量仪的方法的不同的可能性。对此参照从属于权利要求1和4的权利要求2和3或5至8并且结合附图参照接下来的说明。其中：
图1相对示意性地显示了磁感应流量测量仪的基本结构，
图2显示了根据本发明的磁感应流量测量仪的场电流的可能的变化过程以及
图3显示了属于根据图2的场电流的变化过程的串扰电压的可能的变化过程的图示。
具体实施方式
根据本发明涉及磁感应流量测量仪。这样的流量测量仪分别包括用于导电的介质的流量的至少一个测量管1；这样的测量管1仅在图1中示出，并且还仅是示意性的。磁感应流量测量仪那么还包括用于产生至少还垂直于测量管1的纵轴线伸延的交变磁场的磁场产生装置2、尤其接触介质的两个测量电极3和仅非常示意性地表示的评估电路4。在示出的实施例中，磁场产生装置2具有两个场线圈5和未示出的线圈供电部。
根据本发明，仅简示的评估电路4具有在运行状态“无流量”中活动的、未示出的串扰电压指示器，其具有未示出的灵敏的信号A/D转换器。仅非常示意性地示出的评估电路4此外也可具有将一定的串扰电压作为参考电压存储的、又未示出的参考传感器(Referenzgeber)。
之前仅在其基本结构中所说明的根据本发明的磁感应流量测量仪根据本发明首先且主要如下来运行，即如果没有导电介质流过测量管1那么来测量和/或监控串扰电压并且从串扰电压推导出测量电极回路、即测量电极3所属于的电流回路是否功能有效。优选地，借助于灵敏的信号A/D转换器来测量和/或监控串扰电压。
原则上，在所谈及的类型的磁感应流量测量仪中始终存在串扰电压。然而如果当串扰电压的振幅超过一定的值时那么才应将测量电极回路评估为功能有效，推荐将所测量的和/或监控的串扰电压与所存储的参考值比较并且仅当所测量的和/或监控的串扰电压高于参考值时那么才将测量电极回路评估为功能有效。
尤其可将串扰电压的信号形状-振幅用作参考值。
图2显示了场电流的可能的变化过程，而图3显示了对于根据图2的场电流的变化过程的串扰电压的可能的变化过程。

Claims (8)

1. 一种磁感应流量测量仪，其带有用于导电介质的流量的至少一个测量管(1)、带有用于产生至少还垂直于所述测量管的纵轴线伸延的交变的磁场的磁场产生装置(2)、带有尤其接触所述介质的至少两个测量电极(3)且带有评估电路(4)，其中，所述磁场产生装置(2)具有至少一个场线圈(5)和线圈供电部，其特征在于，
所述评估电路(4)具有在运行状态“无流量”中活动的串扰电压指示器。
2. 根据权利要求1所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，所述串扰电压指示器具有灵敏的信号A/D转换器。
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，所述评估电路(4)具有将一定的串扰电压作为参考值存储的参考值传感器。
4. 一种用于运行磁感应流量测量仪的方法，其特征在于，如果没有导电介质流过测量管，那么测量和/或监控串扰电压并且从所述串扰电压推导出测量电极回路是否功能有效。
5. 根据权利要求4所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，借助于灵敏的信号A/D转换器来测量和/或监控所述串扰电压。
6. 根据权利要求4或5所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，将所测量的和/或监控的串扰电压与所存储的参考值比较并且仅当所测量的和/或监控的串扰电压高于所述参考值时所述测量电极回路才被评估为功能有效。
7. 根据权利要求6所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，使用所述串扰电压的信号形状-振幅作为参考值。
8. 根据权利要求4至7中任一项所述的磁感应流量测量仪，其特征在于，改变或调制场电流的控制。
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