CN104956190B - 使得磁感应流量计工作的方法 - Google Patents
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Abstract
介绍一种用于使得磁感应流量计工作的方法，该磁感应流量计带有用于产生穿过流动介质的磁场的磁场产生装置和用于确定测量值的测量装置，所述测量值反映了由磁场在流动介质中引起的电场的场强。该方法能识别出存在寄生磁场，确切的方式为：至少用第一电流值和第二电流值给电极磁铁通电；由测量装置确定在用第一电流值给电极磁铁通电时的第一测量值和在用第二电流值给电极磁铁通电时的第二测量值；由第一电流值和第一测量值形成第一测量值对，由第二电流值和第二测量值形成第二测量值对；确定所述测量值对和磁导率函数的对应关系；通报测量值对和磁导率函数的非对应关系，其中，至少部分地在磁场导体中因存在寄生磁场而引起非对应关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种使得磁感应流量计工作的方法，该磁感应流量计带有用于产生穿过流动介质的磁场的磁场产生装置和用于确定测量值的测量装置，所述测量值反映了由磁场在流动介质中引起的电场的场强。磁场产生装置包括至少一个电极磁铁和至少部分地被磁场穿过的磁场导体，其中，磁场导体的磁导率是磁场强度的非线性函数。
背景技术
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）”。
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且导电的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。
法拉第感应定律在开篇所述类型的磁感应流量计上的应用方式为，磁场产生装置提供穿过流动介质的磁场。在此，磁场由电极磁铁产生，且由磁场导体引导。磁场在介质中具有至少一个垂直于介质流向的分量，由此在介质中产生既垂直于流动介质方向又垂直于磁场方向的电场强度。电场强度是流经磁感应流量计的介质流量的量度，测量装置被设计用于确定反映场强的测量值。
磁场导体利用其相比于外界较大的磁导率获得其用于引导由电极磁铁产生的磁力线的能力，该磁导率对于磁力线来说是一种较小的阻抗。但在这里，该磁导率并不恒定，确切地说，而是磁场强度的非线性函数。
可以利用至少两个电极来探测反映所引起的电场强度的测量值。在此，电极可以要么与介质直流地接触，要么仅容性地与介质耦接，且这些电极优选设置在共同的优选平行于电场强度方向的轴上。由于这种方向，测量值最大。测量值例如可以是电压测量值，这些电压测量值在测量电极与介质直流地接触时直接地测得，或者在测量电极与介质容性地耦接时由位移电流导致。
磁感应流量计往往用交变磁场工作。交变磁场引起交变测量值，由此可以至少部分地补偿干扰比如电化学的干扰电压，其时间变化比交变磁场的时间变化缓慢。
交变磁场可以是均匀的交变磁场。均匀的交变磁场的磁场强度的时间变化是均匀的波动。由现有的交流电网给电极磁铁供电，由此可以产生均匀的交变磁场。然而，用均匀的交变磁场工作的磁感应流量计有一些缺点，比如由DE 199 07 864 A1第1栏第53行~第2栏第13行已知。
利用是连接的稳恒磁场的交变磁场进行工作，这样就能避免在磁感应流量计用均匀的交变磁场工作时产生的缺点。连接的稳恒磁场由至少两个间歇的周期性重复的序列构成，其中，在每个间歇内，磁场经过振荡过程之后恒定，磁场在两个相继的间歇中是不同的。用不同的电流值给电极磁铁通电，由此产生不同的磁场。在此，电流值用电流大小和电流方向来表征。因此，利用不同的磁场强度和/或不同的磁场方向对磁场予以区分。多数情况下，连接的稳恒磁场由两个等长的间歇构成，这些间歇的磁场在稳态时具有相等的磁场强度，但有相反的磁场方向。
反映了由磁场在流动介质中引起的电场场强的测量值与磁通密度成比例。如果除了由电极磁铁产生的磁场外还存在对介质中的磁通密度做出贡献的寄生磁场，则流量测量就会出错。寄生磁场例如可能由其它磁感应流量计产生，或者由在磁感应流量计周围的电动机产生，且经由磁场导体传递到介质中。
发明内容
本发明的目的因此是，介绍一种开篇所述类型的使得磁感应流量计工作的方法，该方法能识别出存在寄生磁场。
前述目的首先主要以如下方式来实现：在第一步骤中，至少用第一电流值和第二电流值给电极磁铁通电，在第二步骤中，由测量装置确定在用第一电流值给电极磁铁通电时的第一测量值和在用第二电流值给电极磁铁通电时的第二测量值，在第三步骤中，由第一电流值和第一测量值形成第一测量值对，由第二电流值和第二测量值形成第二测量值对，在第四步骤中，确定这些测量值对和磁导率函数的对应关系，在第五步骤中，通报测量值对和磁导率函数的非对应关系。在此，至少部分地在磁场导体中因存在寄生磁场而引起非对应关系。
具体实施方式
第一电流值和第二电流值必须彼此区分开。在这里，第一电流值和第二电流值在电流大小和/或方向方面是否不同并不重要。由于开篇所述类型的磁感应流量计在一定程度上要么仅仅用均匀的交变磁场工作，要么用连接的稳恒磁场工作，所以无需针对本发明的方法额外地产生用于给电极磁铁供电的电流值。多数情况下，除了对于确定流量必需的采用已有的测量方法测得的测量值之外，也不需要额外地测量第一测量值和第二测量值。因此，针对于本发明的方法可以使用已有的电流值和测量值。
如开头部分已述，磁导率是磁场强度的非线性函数。因而也会产生磁导率值对，其中，每个磁导率值对都由磁导率值和磁场强度构成。由电极磁铁产生的磁场强度与流经电极磁铁的电流成比例。因此，无论测量值还是磁导率值，都可以理解为电流值的函数。测量值对和磁导率值对的对应关系因而也可以理解为测量值和磁导率值的对应关系。
如果未产生测量值对和磁导率函数的对应关系，那就存在非对应关系，并通报该非对应关系。当至少部分地在磁场导体中存在寄生磁场时产生非对应关系。当用第一电流值和第二电流值通电且不存在寄生磁场时，电极磁铁产生具有第一磁场强度和第二磁场强度的磁场，且按照磁场导体的磁导率的非线性函数以第一磁通密度和第二磁通密度穿过介质。在流动的介质中，由磁场引起与第一磁通密度和第二磁通密度成比例的第一电场强度和第二电场强度。按照磁场导体的磁导率的非线性函数，至少部分地在磁场导体中存在寄生磁场会引起在磁场导体中进而也在流动的介质中出现磁通密度偏差。这种偏差因而也引起在磁场导体中进而也在流动的介质中出现变化的第一磁通密度和第二磁通密度。由于在介质中的变化的第一磁通密度和第二磁通密度，第一测量值和第二测量值也发生变化，且由于磁导率的非线性，不再产生测量值对和磁导率测量值对的对应关系。然后通报这种非对应关系。
有些材料的磁导率具有迟滞，尤其是这种材料适宜作为磁场导体的材料。迟滞引起磁导率比磁场强度的一定量值尚仅高出作为斜率的磁场常数。于是材料饱和。但如果磁场导体材料的磁导率具有迟滞，就要注意，就至少一个电流值而言，材料并不饱和。在其它情况下无法识别出测量值对和磁导率值对的非对应关系。
为了补偿化学干扰信号，最好针对至少一个电流值确定测量值至少两次，并对其求平均。特别有利的是，针对任何电流值都确定测量值至少两次并对其求平均。
为了确定测量值对和磁导率值对的对应关系，在一种优选的设计中规定，至少两个测量值对通过仿射映射来形成。在这种情况下，测量值对之一通过仿射映射为幅角和磁导率函数的与该幅角相关的函数值来形成，当所形成的其它测量值对中的至少一个测量值对不与幅角及相关函数值一致时，产生测量值对和磁导率值对的非对应关系。仿射映射尤其包括旋转、平移和缩放。
为了确定测量值对和磁导率函数的对应关系，在一种更特别优选的实施例中规定，首先至少用第三电流值给电极磁铁通电，在用第三电流值给电极磁铁通电情况下由测量装置确定第三测量值，由第三电流值和第三测量值形成第三测量值对。然后，由第一测量值对、第二测量值对和第三测量值对形成第一测量值对三方。在此，第一电流值和第二电流值具有相同的电流大小，但符号相反，第三电流值为零。然后，从第三测量值减去第一测量值，确定出第一测量值差，而从第三测量值减去第二测量值，确定出第二测量值差，并对第一测量值差的量值和第二测量值差的量值进行比较。当这两个测量值差的量值不同时就产生了测量值对和磁导率值对的非对应关系，因为当在磁场导体中存在寄生磁场且磁导率函数为非线性时，两个测量值差的量值是不同的。用于确定对应关系的这种方法的特点在于，对分析的要求特别低。
本发明的方法可以按下述方式得到进一步的改进，至少确定第二测量值对三方，且第二测量值对三方的电流值中的至少一个电流值不同于第一测量值对三方的电流值。然后附加地利用第二测量值对三方来确定测量值对和磁导率值对的对应关系。通过确定与第一测量值对三方及至少与第二测量值对三方的对应关系，提高了识别对应关系或非对应关系的可靠性。
Claims (6)
1.一种用于使得磁感应流量计工作的方法，该磁感应流量计带有用于产生穿过流动介质的磁场的磁场产生装置和用于确定测量值的测量装置，所述测量值反映了由磁场在流动介质中引起的电场的场强，其中，磁场产生装置包括至少一个电极磁铁和至少部分地被磁场穿过的磁场导体，磁场导体的磁导率是磁场强度的非线性函数，
其特征在于，
至少用第一电流值和第二电流值给电极磁铁通电；
由测量装置确定在用第一电流值给电极磁铁通电时的第一测量值和在用第二电流值给电极磁铁通电时的第二测量值；
由第一电流值和第一测量值形成第一测量值对，由第二电流值和第二测量值形成第二测量值对；
确定所述测量值对和磁导率函数的对应关系；
通报测量值对和磁导率函数的非对应关系，其中，至少部分地在磁场导体中因存在寄生磁场而引起非对应关系。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，磁导率具有迟滞。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对至少一个电流值确定测量值至少两次并求平均。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过如下方式来确定测量值对和磁导率函数的对应关系，即，通过仿射映射来形成至少两个测量值对，通过仿射映射为幅角和磁导率函数的与该幅角相关的函数值来形成测量值对之一，当所形成的其它测量值对中的至少一个测量值对不与幅角及相关函数值一致时，产生测量值对和磁导率函数的非对应关系。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过如下方式来确定测量值对和磁导率函数的对应关系，即，至少用第三电流值给电极磁铁通电，在用第三电流值给电极磁铁通电情况下由测量装置确定第三测量值，由第三电流值和第三测量值形成第三测量值对，由第一测量值对、第二测量值对和第三测量值对形成第一测量值对三方，第一电流值和第二电流值具有相同的电流大小，但符号相反，第三电流值为零，从第三测量值减去第一测量值，确定出第一测量值差，而从第三测量值减去第二测量值，确定出第二测量值差，并对第一测量值差的量值和第二测量值差的量值进行比较，其中，当所述量值不同时就产生了测量值对和磁导率函数的非对应关系。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，至少确定第二测量值对三方，且第二测量值对三方的电流值中的至少一个电流值不同于第一测量值对三方的电流值，利用第二测量值对三方来确定测量值对和磁导率函数的对应关系。
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