CN105378440A - 磁感应流量计和用于运行磁感应流量计的方法 - Google Patents

Abstract

描述并示出了一种隶属于磁感应的流量计的磁场产生装置(1)，以用于产生至少也垂直于未示出的测量管的纵向轴延伸的交变磁场，其中在所示实施例中，至少一个磁场线圈(2)、电流调节器(3)、转换桥(4)和微控制器(5)隶属于所述磁场产生装置(1)。根据本发明，为了线圈供电，提供两个不同的线圈电压、即初始电压和更低的功能电压，并且为了由初始电压切换到功能电压-以及反之，设置电压转换开关(6)。

Description

磁感应流量计和用于运行磁感应流量计的方法

技术领域

本发明涉及一种磁感应的流量计，具有至少一个测量管，以便导电介质通过；具有磁场产生装置，以便产生至少也垂直于所述测量管的纵向轴延伸的交变磁场，具有至少两个-尤其是接触所述介质的-测量电极；并且具有分析电路，其中，所述磁场产生装置具有至少一个磁场线圈、优选具有电流调节器、优选具有转换桥以及优选具有微控制器。本发明还涉及一种用于运行磁感应流量计的方法。

背景技术

由DE19907864A1已知一种上述类型的磁感应流量计。在这种已知的磁感应流量计中，磁场产生装置可具有一个磁场线圈或两个磁场线圈。对此的原因是，之前已经阐述，磁场产生装置具有至少一个磁场线圈。在已知的磁感应流量计中，磁场产生装置也具有电流调节器、转换桥和微控制器。但因为无论是电流调节器、还是转换桥、还是微控制器均不是功能必需的，所以上面还进一步阐述，磁场产生装置优选具有电流调节器，优选具有转换桥，以及优选具有微控制器。

磁感应流量计这几十年来在现有技术中广为人知。对此，示例性地参照Prof.Dr.-Ing.K.W.Bonfig的《TechnischeDurchflussmessung(技术流量测量)》第3版，Vulkan出版社，Essen，2002年，123至167页，以及Dipl.-Ing.FriedrichHoffmann的《GrundlagenMagnetisch-InduktiveDurchflussmessung(磁感应流量测量基础)》第3版，2003，KROHNEMesstechnikGmbH&Co.KG公司的文献。

用于测量流动介质的流量的磁感应流量计的基本原理援引MichaelFaraday，其在1832年已经提出，应用电磁感应原理来测量可导电介质的流速。

根据Faraday感应定律，在被磁场贯穿的、流动的、可导电的介质内产生垂直于该介质的流动方向并且垂直于该磁场的电场强度。Faraday感应定律在磁感应流量计中通过以下方式得以充分利用，即：借助具有至少一个磁场线圈、通常是两个磁场线圈的磁场产生装置产生在测量过程期间时间上变化的磁场，并且所述磁场至少部分地通过流经测量管的、可导电的介质。在此，所产生的磁场具有至少一个垂直于所述测量管的纵向轴的或垂直于所述介质的流动方向的分量。

如果开头写着：至少一个“用于产生至少也垂直于测量管的纵向轴延伸的磁场”的磁场产生装置隶属于所说的磁感应流量计，那么在这里还应该再一次提示，磁场尽管优选垂直于测量管的纵向轴或垂直于介质的流动方向延伸，但磁场的一个分量垂直于测量管的纵向轴或垂直于介质的流动方向延伸是足够的。

开头也阐述了，至少两个-尤其是接触介质的-测量电极隶属于所说的磁感应流量计。这些测量电极用于量取在流动介质内所感生的测量电压。两个测量电极的虚拟的连接线优选至少基本垂直于与测量管的纵向轴垂直地贯穿测量管的磁场的方向延伸。尤其是可以设置测量电极，使得其虚拟的连接线实际上-或多或少-垂直于贯穿所述磁场的磁场的方向延伸。

最后，开头还阐述了，测量电极尤其可以是这样的接触介质的测量电极。实际上，通过感应在流动的、可导电的介质内所产生的电场强度当然可通过直接、即通过电流与介质接触的测量电极来量取作为测量电压。但也存在磁感应流量计，在其中，并不是通过直接地、即不是通过电流与介质接触的测量电极来量取测量电压，更确切地说电容地检测测量电压。

磁感应流量计在工业领域中开始以交变磁场来运行。在此，出于成本的原因，一个或多个磁场线圈被连接到所存在的交变电压网上，使得磁场基本以正弦的形态来改变其场强。但用基本呈正弦形改变其场强的磁场来运行磁感应流量计具有缺点(参见DE19907864A1，第1栏，第53行，至第2栏，第13行)。

自70年代中期，利用所连接的直流磁场工作的磁感应流量计已经增加地得以实现，在所述磁感应流量计中，即是用所连接的直流电流作为线圈电流来工作。如果利用所连接的直流磁场来工作，就避免了在用其场强基本呈正弦形变化的磁场工作时出现的缺点，但当用所连接的直流磁场来工作时，也存在一些问题(参见DE19907864A1，第2栏，18至41行)。

在DE19907864A1中描述的发明所基于的任务是，设计并且扩展已知的、以所连接的直流磁场工作的磁感应流量计，使得所阐述的取决于系统的切换阶段比此前在现有技术中已知存在的磁感应流量计中的更短，因此能够提高磁场频率、即直流磁场以此切换的频率(参见DE19907864A1，第2栏，42至49行)。

具体地，在已知的磁感应流量计中，设置有附加电源，并且借助所述附加电源，直接在作为所连接的直流电流存在的线圈电流的每个半波开始时，可将附加电流馈入到一个或多个磁场线圈内(参见DE19907864A1，第2栏，第50至57行，权利要求1，但也参见第2栏、第58行至第4栏、第7行中的另外的阐述，以及权利要求2至10)。

当然存在标称宽度完全不同且具有完全不同的结构几何形状的磁感应流量计。这导致，一个或多个磁场线圈的电气特性数据、尤其是针对不同的磁感应流量计所使用的磁场线圈的电感和电阻是非常不同的。因此，磁场线圈的取决于电感和电阻的比的时间常数也极为不同。

如果没有为每个磁感应流量计、例如具有不同标称宽度的磁感应流量计分别设计自身的线圈供电，那么必须设计应该针对完全不同的磁场线圈可使用的线圈电流，使得例如即便在相对大的电阻条件下也能够流过所期望的线圈电流，并且在相对大的电感以及相对小的电阻的条件下也取决于时间常数的稳定时间不会过大。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是，说明一种磁感应流量计，在其中，能够针对另外非常不同的磁感应流量计、即特别是针对具有非常不同的磁场线圈和/或对所需要的场强具有非常不同的要求的磁感应流量计采用特定的线圈供电。

根据本发明的磁感应流量计的特征现在首先且基本在于，为了线圈供电，提供两个不同的线圈电压、即初始电压和更低的功能电压，并且为了由初始电压切换到持续电压-以及反之-设置有电压转换开关。这需要阐述：

更上面已经阐述，在本发明所基于的已知的磁感应流量计中，设置有附加电源，并且借助所述附加电源，直接在作为所连接的直流电流存在的线圈电流的每个半波开始时，将附加电流馈入到一个或多个磁场线圈内；这导致所力求的稳定时间的缩短(参见DE19907864A1中的图4)。

在根据本发明的磁感应流量计中，即通过首先提供初始电压并且然后提供更低的功能电压的方式，稳定时间(在否则不变的比的情况下)被缩短。

因此，初始电压大于功能电压，其中功能电压是实际的测量运行所需要的电压，也即让恒定的、引起测量管内或流经该测量管的介质内的所期望的磁场强度的线圈电流流动的电压。但根据本发明，达到了比缩短稳定时间更多的效果。这在更下面还要阐述。

对于根据本发明的磁感应流量计而言，重要的是，初始电压大于功能电压。因此，功能电压可以是相对小的，即当一个或多个磁场线圈的电阻相对小或/和(确定所需要的磁场强度的)线圈电流相对小时是该情况。但所需要的功能电压也可以是相对大的，即当一个或多个磁场线圈的电阻相对大或/和由于所需要的磁场强度而必需的线圈电流相对大时是该情况。因此，在根据本发明的磁感应流量计中，线圈供电总体而言必须被设计成，使得即便是在最大的、可能在个别情况下所需要的功能电压下，仍然能够满足初始电压大于功能电压的规定。

鉴于之前所阐述的，线圈供电可以在根据本发明的磁感应流量计中以完全不同的方式来实现。尤其是，为根据本发明的磁感应流量计总共所提供的供电电压可以是初始电压。尤其是、但又不仅仅是，可通过脉冲宽度调制，从供电电压来获取功能电压。于是，但又不仅仅是，为了产生功能电压可以设置有PWM控制的开关调节器。

在根据本发明的磁感应流量计中，为了产生所连接的直流磁场进而为了产生所连接的直流电流作为线圈电流可以设置转换桥，这在更上面已经阐述，-并且在已知的、本发明所基于的磁感应流量计中设置有这样的转换桥(参见DE19907864A1中第4栏，第53至67行以及图3中的转换桥)。现如果也在根据本发明的磁感应流量计中设置转换桥，另外也设置微控制器(参见由DE19907864A1已知的磁感应流量计中的微控制器18)，那么就推荐根据本发明的磁感应流量计的一种实施方式，其特征在于，转换桥是由微控制器来换向。

如果在根据本发明的磁感应流量计中设置微控制器，通过所述微控制器，如上所述能够换向转换桥，于是，但不仅仅是，建议由微控制器来控制所述电压转换开关。

更上面已经表明，根据本发明不仅缩短了稳定时间，根据本发明实现更多。对于根据本发明的磁感应流量计重要的是，如多次所阐述的那样，提供两个不同的线圈电压，即初始电压和更低的功能电压。因为初始电压大于功能电压，所以初始电压必须被选择成，使得其大于最大所需要的功能电压，即当一个或多个磁场线圈的电阻相对大并且-由于所需要的磁场强度-而应该流动相对大的线圈电流时针对所需要的线圈电流而需要的功能电压。如果线圈供电是这样实现的，但需要比最大功能电压更小的功能电压、尤其是需要相对小的功能电压，那么在一个或多个磁场线圈内未被“消耗”的功率将在所述电流调节器内被“消耗”，即作为所不期望的损耗功率。根据本发明，这通过以下方式来防止，即：一方面提供实现所期望地短的稳定时间的初始电压，另一方面仅提供这样的对于相应的个别情况在功能上必需的功能电压。

如果在根据本发明的磁感应流量计中、就像在本发明所基于的磁感应流量计中以及如今天所常见的那样设置微控制器，那么微控制器可以在根据本发明的磁感应流量计中具有三个功能，即换向转换桥的功能、控制电压转换开关的功能以及控制或调控功能电压的功能。因此，微控制器不仅规定了，什么时候由初始电压切换到功能电压-以及反之，还规定了，在一个或多个磁场线圈上提供了哪个功能电压。

当然，除了根据本发明的磁感应流量计的已经描述的设计方案和扩展方案以外，其他设计方案和扩展方案，甚至是变型方案也是可以的。

更上面已经阐述，在根据本发明的磁感应流量计中，初始电压可以是供电电压。但一种实施方式也可能有意义，其中初始电压尽管从供电电压来获取，但并不直接是供电电压。因此，初始电压可以与功能电压可比较的方式通过脉冲宽度调制从供电电压来获取，就这方面来说，为了产生初始电压，也可设置PWM控制的开关调节器。

在本发明所基于的已知的磁感应流量计中，如已经阐述的那样设置有电流调节器(DE19907864A1的图3中的电流调节器11)。这样的电流调节器，如所阐述的，通常也被设置在根据本发明的磁感应流量计中。但也可取代电流调节器，设置电流测量电阻。通过一个或多个磁场线圈的线圈电流于是与功能电压成比例。在这种实施方式中，必须测量实际流动的线圈电流，即借助电流测量电阻，因此电流测量电阻在确定流量时能够在计算上被考虑。

如果在根据本发明的磁感应流量计中取代电流调节器而设置电流测量电阻，那么就可使用电流测量电阻上的与线圈电流成比例的电压降作为参照电压，即由测量电极上的测量电极电压和参照电压来确定流量。

另外，可能适宜的是，在根据本发明的磁感应流量计中使PWM信号的时钟与测量电极电压测量的时钟同步。在此，PWM信号的时钟可对应于测量电极电压测量的时钟，但PWM信号的时钟无疑也可对应于测量电极电压测量的时钟的n倍，其中n优选为大于零的整数。

针对根据本发明的磁感应流量计，一种优选的工作方式可被描述如下：

微控制器检测电流调节器上的电压降或者如果取代电流调节器而设置电流测量电阻则检测电流测量电阻上的电压降，并且据此确定电压转换开关的切换时间点以及PWM控制的开关调节器的调节、即功能电压的调节。

在这方面而言，根据本发明的磁感应流量计适宜地脉冲式地工作，作为一个测量停顿紧接着一个测量运行，又一个测量运行紧接着该测量停顿，又一个测量停顿紧接着该测量运行，等等。这在更下面还要阐述。

如开头所阐述，本发明还涉及一种用于运行磁感应流量计的方法。在开头所描述类型的磁感应流量计中，这种方法的基本特征在于，针对线圈供电，提供两个不同的线圈电压，即初始电压和更低的功能电压，并且，即借助电压转换开关，由初始电压切换至功能电压-以及反之。在此，具体可如之前结合根据本发明的磁感应流量计所描述的那样来进行。尤其是当取代电流调节器而与一个或多个磁场线圈串联地设置电流测量电阻时，使用在电流测量电阻上出现的电压降作为参照电压，并且由测量电极上的测量电极电压和参照电压来确定流量。

附图说明

如所述的那样，有多种对根据本发明的磁感应流量计加以设计和扩展的可能性。对此，参照涉及到专利权利要求1的专利权利要求，以及参照下面结合附图的描述。其中：

图1示出隶属于根据本发明的磁感应流量计的磁场产生装置的一种优选实施方式的电路图；

图2示出第一图形化的图示；

图3示出第二图形化的图示；以及

图4示出第三图形化的图示。

下面也借助图2至4中的图形化的图示来阐述本发明。

具体实施方式

隶属于磁感应流量计的-功能必需的-是未示出的测量管，以便导电介质流过；磁场产生装置1，以便产生至少也垂直于未示出的测量管的纵向轴延伸的交变磁场；至少两个-尤其是接触介质的-同样未示出的测量电极以及再次没有示出的分析电路。

如从图1中可看出，至少一个磁场线圈2以及在此电流调节器3、转换桥4和微控制器5隶属于磁场产生装置1。未示出的是，取代电流调节器3，还可与该磁场线圈2串联地(或者与多个磁场线圈串联地)设置电流测量电阻。

根据本发明，为了线圈供电、即磁场线圈2或两个磁场线圈的供电，提供两个不同的线圈电压，即初始电压和更低的功能电压。为了由初始电压切换至功能电压-以及反之，设置电压转换开关6。

在图1中所示的实施例中，初始电压是供电电压。功能电压通过脉冲宽度调制从供电电压来获取。在本实施例中，为了产生功能电压，设置PWM控制的开关调节器7。

此外，对于根据本发明的磁感应流量计的磁场产生装置1的在图1中所示的实施例而言适用的是，转换桥4和电压转换开关6分别由微控制器5来换向或控制。

图1示出，电流调节器3上的电压降被输送给微控制器5。转换桥4被微控制器5控制，电压转换开关6也被微控制器5控制。另外，微控制器5-根据电流调节器3上的电压降-影响PWM控制的开关调节器7，使得功能电压具有以下值，该值是使得通过所述一个或多个磁场线圈2的线圈电流如此大以致-在未示出的测量管或流经测量管的介质内-出现所需要的磁场强度而所需要的。

在图1中所示的实施例中，电压转换开关6具有常闭触点8和常开触点9。电压转换开关6从微控制器5获得其控制信号。因此，在没有微控制器5的控制信号的情况下，常闭触点8被闭合，并且常开触点9被断开，而在存在微控制器5的控制信号的情况下，常闭触点8则被断开并且常开触点9被闭合。图2中的图形化的图示示出由此得出的磁场线圈2内的线圈电流的关系。在该图形化图示的下方部分中，示出了微控制器5的控制脉冲的存在或不存在，在该图形化图示的上方部分中示出在磁场线圈2内流动的线圈电流。

图3中的图形化图示示出，根据本发明的磁感应流量计可以脉冲的方式来运行，即：分别可以一个测量停顿紧接着一个测量运行，一个测量运行紧接着一个测量停顿，一个测量停顿紧接着一个测量运行，等等。

如已经阐述，微控制器5检测电流调节器3上的电压降，并且据此确定电压转换开关6的切换时间点以及PWM开关调节器7的调节。

图4中的图形化图示在上方部分中理想地示出所连接的直流电流，在下方部分中示出实际的比例。在时间段a和b内，初始电压起作用，而在时间段c内，功能电压起作用。在此，时间段a小于时间段b，并且由时间段b和时间段a的差所得出的时间段应小于脉冲持续时长的一半，即小于T/2。

如所阐述的那样，可取代根据图1的实施例中所设置的电流调节器3而与所述一个或多个磁场线圈2串联地设置电流测量电阻。这就提供了以下可能性，使用电流测量电阻上出现的电压降作为参照电压，即由测量电极上的测量电极电压和所述参照电压来确定流量。

首先，专利权利要求中所描述的内容均属于本发明。但在说明书的概述部分和说明书的专门部分内所阐述的内容，即便是当其并非专利权利要求的内容时，也隶属于本发明。

Claims (9)

1.磁感应流量计，具有：至少一个测量管，以便导电介质通过；至少一个磁场产生装置(1)，以便产生至少也垂直于所述测量管的纵向轴方向延伸的交变磁场；两个-尤其是接触所述介质的-测量电极以及分析电路；其中所述磁场产生装置(1)具有至少一个磁场线圈(2)，优选具有电流调节器(3)，优选具有转换桥(4)，并且优选具有微控制器(5)，

其特征在于，

为了线圈供电，提供两个不同的线圈电压、即初始电压和更低的功能电压，并且为了由初始电压切换到功能电压-以及反之，设置电压转换开关(6)。

2.根据权利要求1所述的磁感应流量计，其特征在于，所述初始电压为供电电压。

3.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，所述功能电压通过脉冲宽度调制从所述供电电压来获取。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁感应流量计，其特征在于，为了产生所述功能电压，设置有PWM控制的开关调节器(7)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的磁感应流量计，其中所述磁场产生装置包括转换桥(4)和微控制器(5)，其特征在于，所述转换桥(4)由所述微控制器(5)来换向。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁感应流量计，其中所述磁场产生装置具有微控制器(5)，其特征在于，所述电压转换开关(6)由所述微控制器(5)来控制。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁感应流量计，其特征在于，与所述一个或多个磁场线圈(2)串联地设置电流测量电阻。

8.用于运行磁感应流量计的方法，所述磁感应流量计具有：至少一个测量管，以用于导电介质通过；至少一个磁场产生装置，以便产生至少也垂直于所述测量管的纵向轴延伸的交变磁场；至少两个-尤其是接触所述介质的-测量电极以及分析电路；其中所述磁场产生装置具有至少一个磁场线圈，优选具有电流调节器，优选具有转换桥，以及优选具有微控制器，

其特征在于，

为了线圈供电，提供两个不同的线圈电压、即初始电压和更低的功能电压，并且优选借助电压转换开关来由所述初始电压切换至所述功能电压-以及反之。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述磁场产生装置具有电流测量电阻，其特征在于，在所述电流测量电阻上出现的电压降被用作为参照电压，并且由测量电极上的测量电极电压和所述参照电压来测定流量。