CN109416268A - 磁感应流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有电极装置(A、C、R)的磁感应流量计,用于电接触地检测与介质的流动速度相关的、在测量路线(D)上感生的电压。为了抑制噪声,在操控和评估装置(4)中执行信号处理,其中分别检测在第一电极(A)与参考电势(R)之间的第一电压信号和在第二电极(C)与参考电势(R)之间的第二电压信号(EC)并且为了获得包含在其中的噪声信号(ENA、ENC)而进行滤波。第一电压信号(EA)和第二电压信号(EC)与第二噪声信号(ENC)或第一噪声信号(ENA)相加,以形成两个加和信号(E'A、E'C),它们的差(ΔE'A,C)对应于在测量路线(D)上感生的电压。由此,能够从测量信号中尽可能地消除噪声份额,该噪声份额例如由于介质中的气泡或电化学效应引发。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的磁感应流量计,具有:测量路线,其由介质穿流;用于产生带有交替极性的磁场的装置;电极装置;和,操控和评估装置。
背景技术
磁感应流量计利用法拉第感应定律以确定穿流的流体的流动速度。磁场垂直于流动方向产生。在该磁场中,由于借助流体被运输的电荷产生垂直于磁场且垂直于通流方向的电压,电压能够借助于电极来测量。如此沿着测量路线求出的测量电压与在流动截面上确定的流动速度成比例。
为了利用电极检测感生电压,尤其是当电极电接触介质时,需要介质的一定的导电性。此外,介质应具有良好的均匀性,以便测量路线不包含不导电的气泡、固体颗粒或液滴,其中在测量路线上利用两个电极检测感生电压。因此,尤其在包含物处于电极附近时,这种不导电材料的包含物不利地引起在检测感生电压时的含噪声的信号并进而引起测量精度变差。
测量信号中的噪声信号的另一原因是由于电化学效应引起电极电势的波动。因此,导电介质和接触其的电极形成电化学电池。在电化学电池中产生电极电势,电极电势通常通过电化学电池的电极所提供的电动力来限定。当两个相同的金属电极彼此相对地布置在相同的电解液中时,在理想情况下,两个电极之间的电势差等于零。相反,与该理想情况不同的情况,例如电极的不同表面特性、电极表面的不同污染度、电解液浓度的不均匀分布或者其pH值的不均匀分布、点状腐蚀、电极表面的粗糙度或腐蚀、在电极上形成沉积物或在电极上短暂地形成气泡,都能导致电极之间持久地或短暂地产生电势差,该电势差扭曲了磁感应流量计的测量信号。这些原因中的一些甚至能够在电极处所截取的测量信号中引起显著的电压峰值。
为了减小包含在测量信号中的由于电化学反应引起的噪声信号而存在不同的解决方案。已经有下述措施能够产生稳定的且存在更少噪声的测量信号:为了减小粗糙度而对电极表面进行抛光,和例如通过在表面上形成均匀的氧化层来提高表面硬度,并且通过氧化层还减小了在表面上出现金属包含物。
在长时间运行时可能产生的钙质沉积或在流量计运行时在流动的介质中的不均匀的速度分布是产生噪声信号的其他原因。因此,电极表面处理的措施不能被单独地视为足够的。
从US-PS 4,644,799中已知磁感应流量计,其中为了消除低频噪声信号将在电极处截取的测量信号延迟半周期的整数多倍,半周期对应于磁场极性交替的频率。为了继续处理,求出如此延迟的与未延迟的测量信号之间的差。然而在此,较高频率的噪声信号依然对测量结果有干扰作用。
发明内容
本发明所基于的目的是:实现一种磁感应流量计,其相对于噪声具有改进的不灵敏性。
为了实现所述目的,前文提出类型的新型的磁感应流量计具有权利要求1的特征部分中给出的特征。在从属权利要求中描述本发明的有利的改进方案。
本发明具有以下优点,在磁感应流量计的长时间运行中,由于新型的信号处理本身而有效地抑制了测量信号中的可能具有上述原因的低频和高频的信号份额。尤其在能够产生测量信号中的电压峰值的以下情况中:电极区域中有气泡、在介质的流动速度不均匀分布或电解液浓度波动,噪声信号抑制与上面描述的已知方法相比显著更有效。因为上述优点单独地通过在信号处理方面执行的改变来实现,有利地相对于常规的流量计不需要附加的部件。因此,在没有显著提高制造耗费的情况下,能够获得具有相对于测量信号的噪声的更低灵敏度且进而具有改进的测量精度的磁感应流量计。
此外,从分别在测量电极与参考电势之间检测的两个电压信号中提取相应的噪声信号以尤其简单的方式使得能够基于阈值比较来诊断流量计的状态。能够以该方式获得的诊断结论例如涉及液体中的气泡存在性、介质的导电性波动、pH值波动和/或测量管的填充状态。所获得的诊断结论能够经由通信接口例如转发到过程技术设施中的上级控制站。如果借助于诊断结论显示出故障状态,那么能够采取可能需要的维护措施以避免故障或消除故障。
根据本发明的一个尤其有利的改进方案,为了检测用于确定两个测量电极的电极电势的参考电势,设置参考电势电极,参考电势电极优选地由与两个测量电极相同的材料构成并且同样电接触要测量的介质。参考电势电极能够布置在测量管的壁上或壁中,例如布置在测量管的在两个测量电极之间的环周区域中。在该情况下,用于测量的三个电极全部承受相同的流动条件和电化学影响。因此,由于以根据本发明的方式检测电势差能够在检测信号时已经将两个电压信号中的噪声信号的份额保持得很小。
为了从两个检测到的电压信号中提取噪声信号,能够以简单的方式使用带阻滤波器(英文:notch filter),带阻滤波器的抑制频率被调谐到磁场的极性交替的频率。因此,与在测量路线上感生到流动介质中的电压相对应的有用信号的频率份额位于围绕磁场的频率或其倍数的很窄范围中,并且因此能够借助一个或多个带阻滤波器以分别与其调谐的抑制频率有效地滤除。
带阻滤波器还有常规的滤波器能够在输出的已滤波信号与未滤波的输入信号之间引起一定的延迟。因此,通过第一电压信号在其与第二噪声信号相加之前以及第二电压信号在其与第一噪声信号相加之前为了补偿分别在其滤波时产生的信号延迟而同样被延迟的方式,能够实现进一步改进的噪声抑制。本发明的这种改进方案在使用数字滤波器和数字信号处理时能够以很低的耗费实现。
附图说明
下面,根据示出本发明的一个实施例的附图详细阐述本发明以及设计方案和优点。
附图示出:
图1是磁感应流量计的原理图,和
图2是用于说明信号处理的电路框图。
具体实施方式
根据图1,磁感应流量计具有测量管1,测量管垂直于绘图平面延伸并且由介质穿流,应检测介质的体积流。通过例如将交替极性的直流电流馈入到线圈2和3中的方式,借助安置在测量管1的外侧上的磁线圈2和3在管内部中进而在流动介质中产生交替极性的磁场B。在测量路线D的两侧布置有测量电极A和C并且例如在测量管1的底部处设有参考电极R,参考电极用作为参考电势电极。测量电极A和C对测量路线D进行限界,测量路线的长度在所示出的实施例中对应于测量管1的直径。在流动的介质中,在测量路线D上由于磁场B感生出电压,电压借助于电极装置和操控和评估装置4来确定,电极装置包括测量电极A和C以及参考电势电极R。操控和评估装置4因此测定在测量路线D上感生的电压,从该电压中计算通流量的测量值并且得出关于流量计的状态的诊断结论。所获得的结果能够经由通信接口5例如转发到过程技术设施中的上级控制站。
下面,根据图2详细阐述:以何种有利的方式在操控和评估装置4中获得测量信号,测量信号以相对于噪声的改进的不灵敏度比至今的技术方案更精确地代表由介质的通流引起的感生电压。通过截取电极A(图1)与参考电势之间的电压的方式,检测第一电的电压信号EA。在此,优选将在参考电极R(图1)处截取的电势用作为参考电势。
与此类似,借助于布置在测量路线D的相对置的侧上的电极C(图1)和参考电极R检测第二电压信号EC。第一电压信号EA和第二电压信号EC能够分别视作为与通流量相关的有用信号ESA或ESC和与其不关联的噪声信号ENA或ENC的叠加。因此适用的是:
EA=ESA+ENA,和
EC=ESC+ENC。
利用各一个带阻滤波器6或7,从第一电压信号EA和第二电压信号EC中滤除由于上述电化学效应引起的信号份额,进而获得第一噪声信号ENA和第二噪声信号ENC。带阻滤波器6和7的抑制频率被调谐到磁场B(图1)的极性交替的频率。因此,第一噪声信号ENA以及第二噪声信号ENC没有由通流引起的信号份额。在加和元件8和9中,第一电压信号EA和第二噪声信号ENC相加以产生第一加和信号E′A或者第二电压信号EC和第一噪声信号ENA相加以产生第二加和信号E′C。在此适用下式:
E`A=ESA+ENA+ENC,和
E`C=ESC+ENC+ENA。
为了获得对应于在测量路线D上感生的电压的测量信号ΔE′A,C,将第一加和信号E′A以及第二加和信号E′C引导到减法器10上。因此适用:
ΔE`A,C=E`A-E`C=(ESA+ENA+ENC)-(ESC+ENC+ENA)=ESA-ESC.
在假设带阻滤波器有理想特性的情况下,以该方式能够获得以下测量信号,其以理想的方式没有噪声份额并且仅代表由介质的通流所引起的感生电压。
对于通过带阻滤波器6和7引起信号延迟的情况,为了补偿能够将适当的迟滞元件11或12嵌入相应的并联的信号路径中,信号路径有利地引起相同的延迟。
因此,通过新型的信号处理获得电磁流量计,利用该电磁流量计能够确保长时间地消除由于电化学反应引起的噪声。由此还得到易受干扰性更低且信噪比被改进的更稳定的测量信号,以及最终得到流量计的更高的测量精度。
Claims (5)
1.一种磁感应流量计,
具有测量路线(D),所述测量路线由介质穿流,
具有用于产生带有交替极性的磁场的装置(2、3),
具有电极装置(A、C、R),所述电极装置用于电接触地检测与所述介质的流动速度相关的、在所述测量路线(D)上感生的电压(ΔE'A,C),并且
具有操控和评估装置(4),所述操控和评估装置用于操控磁场产生装置(2、3)并用于根据所检测的电压确定和输出测量值,其特征在于,所述操控和评估装置(4)构成为,
检测在第一电极(A)与参考电势(R)之间的第一电压信号(EA),并且为了获得包含在所述第一电压信号中的第一噪声信号(ENA)而进行滤波,所述第一电极布置在所述测量路线(D)的一侧,
检测在第二电极(C)与所述参考电势(R)之间的第二电压信号(EC),并且为了获得包含在所述第二电压信号中的第二噪声信号(ENC)而进行滤波,所述第二电极布置在所述测量路线(D)的相对置的侧,
所述第一电压信号(EA)和所述第二噪声信号(ENC)相加以产生第一加和信号(E'A),
所述第二电压信号(EC)和所述第一噪声信号(ENA)相加以产生第二加和信号(E'C),并且
为了获得与在所述测量路线(D)上感生的电压相对应的测量信号(ΔE'A,C),形成所述第一加和信号(E'A)和所述第二加和信号(E'C)的差。
2.根据权利要求1所述的磁感应流量计,其特征在于,所述操控和评估装置(4)还构成为,为了确定对能预设的阈值的超出的诊断结论而监控所述第一噪声信号(ENA)和/或所述第二噪声信号(ENC)。
3.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计,其特征在于,所述电极装置(A、C、R)配设有用于检测所述参考电势的参考电势电极(R)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的磁感应流量计,其特征在于,所述操控和评估装置(4)为了获得所述第一噪声信号(ENA)和所述第二噪声信号(ENC)而分别包括至少一个带阻滤波器(6、7),所述带阻滤波器的抑制频率被调谐到所述磁场(B)的极性交替的频率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的磁感应流量计,其特征在于,所述操控和评估装置(4)还构成为,所述第一电压信号(EA)在该第一电压信号与所述第二噪声信号(ENC)相加之前通过迟滞元件(11)来延迟,以便补偿在对所述第一电压信号(EA)进行滤波时产生的信号延迟,并且
所述第二电压信号(EC)在该第二电压信号与所述第一噪声信号(ENA)相加之前通过迟滞元件(12)来延迟,以便补偿在对所述第二电压信号(EC)进行滤波时产生的信号延迟。
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