CN107764346A - 用于运行磁感应式流量测量仪的方法和磁感应式流量测量仪 - Google Patents

Abstract

描述且示出了一种用于运行磁感应式流量测量仪的方法，其中，磁感应式流量测量仪具有至少一个用于测量穿过管道的介质的流量的测量单元、壳体和至少一个控制和评估单元，其中，测量单元具有至少一个用于产生磁场的线圈，其中，存在至少一个与线圈相关联的电容，其中，线圈的电感与电容构成谐振电路，且其中，谐振电路具有至少一个表征其的测量参数。说明一种用于运行磁感应式流量测量仪的、确保流量测量仪的特别可靠的运行的方法的目的由此来实现，即，谐振电路以激励频率f来激励，表征谐振电路的测量参数被确定，在控制和评估单元中存储用于无泄漏情况的表征谐振电路的测量参数的对比值且将表征谐振电路的测量参数与该对比值相比较。

Description

用于运行磁感应式流量测量仪的方法和磁感应式流量测量仪

技术领域

本发明由一种用于运行磁感应式流量测量仪的方法出发，其中，磁感应式流量测量仪具有至少一个用于测量穿过管道的介质流量的测量单元、壳体与至少一个控制和评估单元，其中，测量单元具有至少一个用于产生磁场的线圈，其中，至少一个电容与线圈相关联地构成且优选地存在于壳体内，其中，线圈的电感与电容构成谐振电路，且其中，该谐振电路具有至少一个表征其的测量参数。此外，本发明由一种磁感应式流量测量仪出发。

背景技术

磁感应式流量测量仪为了确定穿过管道的介质流量利用如下效应，即，在可传导的介质中通过磁场到移动的载荷子上的作用可感应出电压，其成正比例于介质的流动速度。为了感应出电压，磁感应式流量测量仪具有带有线圈组件的测量单元，其在运行中布置在管道上且其在运行中被穿流以随时间变化的电流。以该方式，在管道内、尤其在待测量的介质中产生磁场，其引起在介质中的电荷分离(Ladungstrennung)且就此而言感应出取决于介质流动速度的电压。为了检测所感应出的电压，在测量单元内横向于磁场布置有电极，然而其对于本发明的下面的图示而言不重要。

尤其在测量单元到另外的构件处的联接区域中且/或在电极的区域中，尽管简单的结构方式和这样的测量仪到应用范围中的集成然而可能引起泄漏。在这些位置处的泄漏经常引起湿气到壳体中且进而到测量单元中的侵入，这影响或甚至使得较小的电极电压的测量变得不可能。为了确保磁感应式流量测量仪的可靠运行且为了识别出在整个过程中的泄漏且避免间接损失(Folgeschäden)，提早检测出测量单元的泄漏因此是重要的，以便于可及时采取用于消除不密封性的措施。

由文献EP 1 285 237 B1已知一种带有诊断电路的磁感应式流量测量仪，其检测出电气泄漏损失在流量测量仪的电极电路中的存在。电气泄漏损失经常形成为在电极区域中的泄漏的结果，由此过程液体围绕电极中的至少一个侵入到测量仪中。诊断电路测量由电极至在两个电极的每个处的接地的诊断电势且构成由诊断电势构成的总和。该总和指出是否存在电气泄漏损失。

先前所描述的流量测量仪或者示出的方法处的缺点在于，该方法限制了在电极区域中的泄漏的探测。

发明内容

由先前所说明的现有技术出发，本发明的目的是说明一种用于运行磁感应式流量测量仪的方法和一种流量测量仪，该方法确保流量测量仪的特别可靠的运行。

根据本发明的第一教导，该目的通过先前所提及的方法由此来实现，即，谐振电路以激励频率f被激励，表征谐振电路的测量参数被确定，在控制和评估单元中存储用于无泄漏情况的表征谐振电路的测量参数的对比值且表征谐振电路的测量参数与对比值相比较。

根据本发明首先识别出如下，即，在泄漏的情况中湿气到测量单元中的侵入影响电容器的电容。为了探测电容的变化，该电容对由线圈的电感、电容和线圈的欧姆线路电阻构成的谐振电路的影响被考虑。已识别出，电容的变化同样改变该谐振电路的特性。

原则上，电容器的电容C可根据下面的关系式来确定：

其中，ε₀是电场常数(elektrische Feldkonstante)、ε_r是相对介电常数(Permittivität)、A是电容器表面积且d是电容器的板间距。

如果此时湿气侵入到电容器的两个板之间，则相对介电常数ε_r变化，由此电容器的电容因此同样变化。

根据本发明，至少一个表征由线圈的电感和电容构造成的谐振电路的测量参数被确定且该测量参数与在无泄漏情况中的测量参数的对比值相比较。根据本发明，由此可以特别简单的方式检测出测量单元的泄漏，因为对于流量测量而言总归存在的线圈被用作泄漏传感器。通常，线圈仅用于产生磁场，经由线圈不执行测量，流量测量经由在磁感应流量测量仪的电极处的电压测量实现。根据本发明，场激励线圈然而被供给超出纯粹场激励的功能性，即泄漏的识别。对于流量测量而言必要的电极和用于流量的联接到电极处的测量和评估电路的部分对于泄漏识别而言不被需要。

特别有利的是，电容由线圈构造成。该电容于是不仅可以是在线圈绕组之间构造成的寄生固有电容，而且可以是线圈与围绕其的构件(尤其壳体)构造成的电容。相应地不需要单独的电容器作为独立构件，而是根据本发明利用对于系统而言固有的且与场激励线圈相关联的电容。

按照根据本发明的方法的另一设计方案，谐振电路的阻抗Z被确定为表征谐振电路的测量参数。同样有利的是，阻抗的绝对值|Z|被确定为表征谐振电路的测量参数。

原则上，谐振电路的阻抗Z在以激励频率f的谐波激励的情形中说明了在交流电压相对交流电流的幅度之间的比例以及相位角的移动。谐振电路的电容变化就此而言同样对阻抗Z以及对阻抗的绝对值|Z|产生影响。

优选地，为了确定谐振电路的阻抗Z以谐波激励信号、尤其激励频率f的交流电压来激励且不仅电压曲线而且电流曲线被检测出。由幅度和相位移动的比例确定谐振电路的阻抗Z。电流和电压曲线的幅度的比例相应于阻抗的绝对值|Z|。为此优选地存在阻抗测量装置，其特别优选地被集成到流量测量仪的控制和评估单元中。

重要的是，根据该实施例谐振电路的阻抗Z的对比值或者阻抗的绝对值|Z|以相同的激励频率f来确定。特别有利的是，激励频率f相应于在无泄漏状态中的谐振电路的共振频率f₀。在无泄漏状态中的共振频率f₀优选如下面所描述的那样由谐振电路的幅频响应来确定。

按照根据本发明的方法的另一有利的设计方案，谐振电路的共振频率f₀被备选地或额外地确定为表征谐振电路的测量参数。

原则上，谐振电路的共振频率f₀在理想情况中由下面的关系式得出：

，

其中，L是线圈的电感而C是电容器的电容，其中，电容器如先前所阐述的那样无须构造成单独的构件，而是通过线圈的相对而置的势能面自身或通过线圈的相对而置的势能面与流量测量仪的其它势能面构成。

谐振电路的电容的变化就此而言同样引起共振频率f₀的变化。共振频率f₀作为表征谐振电路的参数的确定因此是特别有利的，因为根据该实施例谐振电路可不依赖于激励频率f通过固定值来表征。

特别优选地，共振频率f₀的确定由谐振电路的幅频响应实现。为此首先确定幅频响应，这也就是说谐振电路的取决于激励频率f的阻抗的绝对值|Z|。在谐振电路以共振频率f₀激励的情形中，幅频响应具有极值(即最小值或最大值)。就此而言，共振频率f₀可由作为极值的位置的幅频响应被特别容易地确定。

为了评估是否存在泄漏，测得的共振频率f₀与无泄漏状态的共振频率f₀的对比值相比较。

在待测试的谐振电路中，电容平行于线圈或与线圈串联地布置。就此而言，谐振电路是并联谐振电路或是串联谐振电路。

如果电容平行于线圈布置，则其优选在线圈的各个绕组之间构造成寄生固有电容。通过线圈和寄生固有电容构造成的谐振电路在该情况中是并联谐振电路。幅频响应在共振频率f₀的位置处具有最大值。

根据该实施例，优选为了确定表征谐振电路的测量参数、尤其为了确定阻抗Z和/或阻抗的绝对值|Z|和/或谐振电路的共振频率f₀中断用于测量介质流量的测量运行。表征谐振电路的测量参数的确定、尤其阻抗Z和/或阻抗的绝对值|Z|和/或谐振电路的共振频率f₀的确定然后在泄漏测量过程中实现。这样的泄漏测量过程可自发地或通常以固定的控制频率来执行。这所具有的优点是，流量测量仪通常关于可能的泄漏被控制。

如果电容与线圈串联地布置，则其尤其构造在线圈与测量单元的壳体之间。如此构造的谐振电路是串联谐振电路。幅频响应在共振频率f₀的位置处具有最小值。

根据该实施例，还优选为了确定表征谐振电路的测量参数、尤其为了确定阻抗Z和/或阻抗的绝对值|Z|和/或谐振电路的共振频率f₀中断用于测量介质流量的测量运行。表征谐振电路的测量参数的确定、尤其阻抗Z和/或阻抗的绝对值|Z|和/或谐振电路的共振频率f₀的确定然后在泄漏测量过程中实现。这样的泄漏测量过程可自发地或通常以固定的控制频率被执行。

按照根据本发明的方法的另一优选的设计方案，当表征谐振电路的参数处在偏差区间之外时，警报被发出。根据方法的该设计方案如下对于用户而言是可能的，即，特别快速地响应于系统的无缺陷的状态。

此外，在测量单元中可布置有至少一个额外的湿度传感器，其并行于或在时间上相对先前所示出的方法偏移地测量在测量单元中的湿度。

根据本发明的第二教导，先前所说明的目的通过一种带有用于测量穿过管道的介质流量的测量单元、壳体和带有控制和评估单元的磁感应式流量测量仪(其中，测量单元具有至少一个用于产生磁场的线圈，其中，优选在壳体内存在至少一个与线圈相关联的电容，其中，线圈的电感与电容构成谐振电路，且其中，谐振电路具有至少一个表征其的测量参数)由此来实现，即，控制和评估单元如此地设计，即，其当谐振电路以激励频率f被激励时确定表征谐振电路的测量参数，在控制和评估单元中存储用于无泄漏情况的表征谐振电路的测量参数的对比值和偏离区间且控制和评估单元比较表征谐振电路的测量参数与对比值。

按照根据本发明的流量测量仪的有利的设计方案，控制和评估单元如此地设计，即，其在先前所说明的方法的运行中被执行。

为此，控制和评估单元优选具有阻抗测量装置，其如此地设计，即，其在运行中确定阻抗Z和/或阻抗的绝对值|Z|和/或谐振电路的共振频率f₀。

优选地，测量单元具有至少一个额外的湿度传感器，其在运行中测量在测量单元内的湿度。

附图说明

具体地，此时存在多种设计和改进根据本发明的方法和流量测量仪的可行性方案。为此，不仅参照从属于独立专利权利要求的专利权利要求而且参照优选的实施例结合附图的下面的说明。其中：

图1 显示了根据本发明的方法的第一实施例，

图2 显示了根据本发明的流量测量仪的第一实施例，

图3 显示了带有示例性的幅频响应的并联谐振电路的图示，

图4 显示了根据本发明的流量测量仪的第二实施例，且

图5 显示了带有示例性的幅频响应的串联谐振电路的图示。附图标记清单

1 用于运行磁感应式流量测量仪的方法

2 磁感应式流量测量仪

3 测量单元

4 管道

5 控制和评估单元

6 线圈、第一线圈零件

7 线圈、第二线圈零件

8 壳体

9 线圈的固有电容

10 并联谐振电路

11 测量运行的中断

12 交流电压到谐振电路处的提供

13 谐振电路的阻抗Z的确定

14 测得的阻抗Z与对比值的比较

15 警报的发出

16 在线圈与壳体之间的电容

17 串联谐振电路。

具体实施方式

在图1和2中示出了用于运行磁感应式流量测量仪2的根据本发明的方法1的第一实施例和根据本发明的流量测量仪2。磁感应式流量测量仪2具有用于测量穿过管道4的介质流量的测量单元3、壳体8与控制和评估单元5，其中，测量单元3具有至少一个用于产生磁场的线圈6,7。当前，线圈6,7由两个零件(第一线圈零件6和第二线圈零件7)构成，其布置在管道4的上方和下方，以便于产生尽可能均匀的磁场。为了实际的流量测量需要电极，其通常布置在管道4中的磁场的有效区域中。然而此处这些电极不重要，因此其出于清晰性的原因未示出。

线圈6,7具有寄生固有电容9，其中，线圈7的电感与寄生电容9和线圈7的欧姆线路电阻构成谐振电路10，且其中，谐振电路10具有至少一个表征其的测量参数。为了清楚说明，寄生电容9此处在图2中通过电容器的图解来象征性表示，电容9然而实际是线圈6,7固有的寄生固有电容9。

在该实施例中，谐振电路10的阻抗Z在相应于在无泄漏状态中的谐振电路10的共振频率f₀的激励频率f的情形中被确定为表征谐振电路10的参数。

在第一步骤11中，为此首先中断流量测量仪2的测量运行。在下一步骤12中，为了确定阻抗Z将带有相应于在无泄漏状态中的谐振电路10的共振频率f₀的激励频率f的交流电压提供到线圈6,7处。为了确定阻抗Z，在下一步骤13中检测出电压和电流曲线且确定阻抗Z。

为了评估经如此确定的阻抗Z，在控制和评估单元5中作为与偏差区间的对比值存储在无泄漏状态中的谐振电路的共振情况中的阻抗Z的值。在进一步的步骤14中，阻抗Z的测量值与对比值相比较。如果测量值与对比值偏离或测量值处在偏离区间之外，则在下一步骤15中发出警报，由此用户及时被告知当前的有缺陷的状态。

在图2中示出了带有用于测量穿过管道4的介质流量的测量单元3、带有壳体8且带有控制和评估单元5的根据本发明的流量测量仪2的第一实施例，其中，测量单元3具有用于产生磁场的线圈6,7。线圈6,7此处又由两个线圈零件6,7构成，其彼此电气连接且在测量运行中被相同的电流流经以便于激发对于测量而言必要的磁场。

在该实施例中存在在管道4中的泄漏，由此湿气侵入到壳体8中且进而到测量单元3中。尤其地线圈零件7经受该湿气。

此外示出如下，即，线圈6,7具有寄生固有电容9。

此外存在控制和评估单元5，其不仅具有用于场线圈6,7的操控电子装置而且具有用于鉴于线圈6,7的阻抗测量的阻抗测量装置。

示出的流量测量仪2的控制和评估单元5如此地设计，即，其在运行中执行在图1中所描述的方法。相应地，在图2中示出了流量测量仪2，其确保特别可靠的运行。

图3显示了并联谐振电路10的图示，其构造在流量测量仪2的壳体8内。在该图示中，谐振电路10由线圈6,7的电感L、线圈6,7的寄生固有电容C和线圈6,7的欧姆线路电阻R构成。此外示例地示出了幅频响应，也就是说取决于谐振电路10的激励频率f的阻抗的绝对值|Z|。该图示显示出，在较低激励频率f的情形中谐振电路10如欧姆电阻R那样表现。靠近于共振频率f₀，阻抗的绝对值|Z|相应于电感L的表现。在共振情况中，阻抗的绝对值|Z|具有最大值。紧接着，谐振电路10的表现影响电容C。谐振电路的共振频率f₀可被特别简单地确定为最大值的位置。

图4显示了根据本发明的流量测量仪2的第二实施例。在示出的实施例中，控制和评估单元5如此地设计，即，其确定构造在线圈6,7与壳体8之间的寄生电容11的变化。阻抗Z同样被确定为表征谐振电路17的参数。阻抗Z可经由线圈6,7和RC网络来测量。备选地如果阻抗测量直接具有对地接触，则阻抗Z的确定还可平行于RC网络来实现。这具有的优点是，阻抗确定还可在持续的流量测量期间实现。

图5显示了串联谐振电路17的图示，其构造在流量测量仪2的壳体8内、例如在根据本发明的流量测量仪2的所描述的第二实施例中。在该图示中，谐振电路17由线圈6,7的电感L、在线圈7与壳体8之间的电容C和线圈7的欧姆线路电阻R构成。此外示例地示出了幅频响应，也就是说取决于谐振电路17的激励频率f的阻抗的绝对值|Z|。该图示显示出，在较低频率的情形中谐振电路12如电容C那样表现。在共振情况中，阻抗的绝对值|Z|最小且相应于欧姆电阻R。在更高频率的情形中，电感L逐渐增加地影响谐振电路12的表现。谐振电路的共振频率f0可被特别简单地确定为幅频响应的最小值的位置。

Claims (10)

1.用于运行磁感应式流量测量仪(2)的方法(1)，其中，所述磁感应式流量测量仪(2)具有至少一个用于测量穿过管道(4)的介质流量的测量单元(3)、壳体(8)和至少一个控制和评估单元(5)，其中，所述测量单元(3)具有至少一个用于产生磁场的线圈(6,7)，其中，存在至少一个与所述线圈(6,7)相关联地构成的电容(9,16)，其中，所述线圈(6,7)的电感与所述电容(9,16)构成谐振电路(10,17)且其中所述谐振电路(10,17)具有至少一个表征其的测量参数，其特征在于，所述谐振电路(10,17)以激励频率f来激励，表征所述谐振电路(10,17)的测量参数被确定，在所述控制和评估单元(5)中存储用于无泄漏情况的表征所述谐振电路(10,17)的测量参数的对比值且表征所述谐振电路(10,17)的测量参数与所述对比值相比较。

2.根据权利要求1所述的方法(1)，其特征在于，所述电容(9,16)由所述线圈(6,7)构造成。

3.根据权利要求1或2所述的方法(1)，其特征在于，所述谐振电路(10,17)的阻抗Z被确定为表征所述谐振电路(10,17)的测量参数，其中，所述阻抗Z的确定由此实现，即，所述谐振电路(10,17)以在无泄漏状态中的谐振电路(10,17)的激励频率f、优选共振频率f₀的交流电压来激励且不仅电压曲线而且电流曲线被检测出。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(1)，其特征在于，所述谐振电路(10,17)的共振频率f₀被备选地或额外地确定为表征所述谐振电路(10,17)的测量参数。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法(1)，其特征在于，所述谐振电路(10,17)的幅频响应被确定，且所述谐振电路(10,17)的共振频率f₀被确定为所述幅频响应的极值的位置。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法(1)，其特征在于，所述电容(9)平行于所述线圈(6,7)的电感布置，且所述谐振电路(10)的共振频率f₀被确定为所述幅频响应的最大值的位置。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的方法(1)，其特征在于，所述电容(16)与所述线圈(6,7)的电感串联地布置，且所述谐振电路(17)的共振频率f₀被确定为所述幅频响应的最小值的位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法(1)，其特征在于，当表征所述谐振电路(10,17)的测量参数与所述对比值偏离或处在围绕所述对比值的偏差区间之外时，发出警报。

9.带有用于测量穿过管道(4)的介质流量的测量单元(3)、带有壳体(8)且带有控制和评估单元(5)的磁感应式流量测量仪(2)，其中，所述测量单元(3)具有至少一个用于产生磁场的线圈(6,7)，其中，存在至少一个与所述线圈(6,7)相关联的电容(9,16)，其中，至少一个线圈(6,7)的电感与所述电容(9,16)构成谐振电路(10,17)，且其中所述谐振电路(10,17)具有至少一个表征其的测量参数，其特征在于，所述控制和评估单元(5)设计成，使得其在当所述谐振电路(10,17)以激励频率f被激励时确定表征所述谐振电路(10,17)的测量参数，在所述控制和评估单元(5)中存储用于所述无泄漏情况的表征所述谐振电路(10,17)的测量参数的对比值，且所述控制和评估单元(5)比较表征所述谐振电路(10,17)的测量参数与所述对比值。

10.根据权利要求9所述的磁感应式流量测量仪(2)，其特征在于，所述控制和评估单元(5)设计成，使得其在运行中执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。