CN1097868A - 电磁流量计和流量的电磁测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电磁流量计包括：被测流体流过的测量管； 在管内壁上相互对置的一组电极；沿垂直于管轴向的 方向向管内部提供磁场的激磁线圈；为激磁线圈提供 至少在两种激磁周期之间选择转换的矩形激磁电流 的激磁电路；流量值计算电路，当在每一激磁周期中 在电极之间产生电动势时，外推根据激磁周期期间产 生的电动势的流量信号，从而获得当激磁周期为无穷 大时的流量值信号；流量值输出电路，用来输出所获 得的流量值信号。

Description

本发明涉及一种电磁流量计和用来测量传导流体的流量的电磁流量测量方法。更具体地说，涉及一种使感应噪声造成的测量误差减至最小的电磁流量计，而不必进行会招致被测流体停止流动的零点调整，借以提供一种在测量精度和方法方面的改进。

一般地说，电磁流量计是这样设计的，在与流经一测量管路的传导流体相垂直的方向施加一个电磁场，通过利用管内的两个电极检测在流体内的电磁感应产生的电动势，并且将其转换成相应的流体流量值。在现有的电磁流量计中，广泛使用一种低频激磁型的电磁流量计，它也被称为方波激磁型的电磁流量计，它在零点稳定性方面较之交流激磁型和直流激磁型更优越。

在低频激磁型的电磁流量计中，流经激磁线圈的激磁电流周期性地在两个固定值间转换，即激磁电流的极性周期性地改变，当激磁电流为各个固定值时，在管内部的两电极间产生的电动势被采样一次。借助于产生相邻采样值之间的差值，可以获得不受电路装置的偏移电压以及机电产生的直流电流影响的流量值。

不过，这种低频激磁型电磁流量计的问题在于，零点漂移会产生流量测量误差，除非在足够长的时间推移之后才对电极之间的电动势进行采样，因为此时激磁电流已达一固定值。使激磁电流的转换周期如此之长以达到稳定零点将会导致糟糕的响应性能;并且，当形成控制环时会产生振荡。

为了稳定零点，在日本未审专利公开第No.2-16852中披露了一种新的电磁流量计。图10是这种电磁流量计的方块图，图11是说明其工作的时序图。该流量计包括一用来提供激磁电流的激磁电路1，响应来自激磁电路1的激磁电流以产生与流体流量成正比的电动势e_a的电磁流量（计）传感器2，以及用来获得相应于电动势e_a的流量值的信号处理电路3。

在激磁电路1中，恒流源4产生恒定的电流，开关5a和5b分别响应图11中在（a）、（b）处所示的脉冲P1a、P1b，来改变恒流源4送出的恒定电流的极性，使其为零、负和正，并把此改变着极性的恒定电流提供给传感器2中的激磁线图6。

在电磁流量传感器2中，激磁线圈6响应来自激磁电路1的激磁电流Iw（图11中（c）所示），产生一个以垂直于测量管7的轴线方向而施加的磁场。两个电极8a和8b置于该管道的内壁上，把在流体中由所述磁场感应的电动势e_a（图11中（d））施加到信号处理电路3中的AC放大器9上。

在信号处理电路3中，AC放大器9放大由电极8a、8b检测到的电动势e_a，并且在激磁电流为零的时间间隔内，开关10对经放大的输出采样两次，而在激磁电流是正或负的期间里，则采样一次，与图11中（e）所示的采样脉冲P2的时序相应。所得到的每个采样值被依次送到模一数（A/D）转换器11中。

A/D转换器11把每一采样值转换成数字形式，并把其供给微处理器12。

微处理器12根据这些数字采样值进行计算，从而除去电动势中的偏移电压分量Vf和噪声分量Vn，借以获得只和流体流量成比例的信号分量Vs1和Vs2。信号分量Vs1和Vs2被送到数一模（D/A）转换器13。微处理器12有向开关5a、5b提供脉冲P1a、P1b、向采样开关10提供脉冲P2、以及向D/A转换器13后面的采样和保持电路14提供控制脉冲P3的功能。

D/A转换器13把微处理器12的计算结果转换成模拟信号，这些模拟信号然后依次被提供给采样和保持电路14。采样和保持电路14在图11中（f）所示的脉冲P3的那些时刻采样并保持所述模拟信号，从而产生输出电压e_o

这样，这种类型的电磁流量计补偿当激磁电流为正或负时的噪声分量和当激磁电流为零时的噪声分量之间的差，从而有效地消除引起零点漂移的噪声分量，借以稳定零点，同时由于不利用长的转换间隔防止了响应性能的降低。

不过，在这种电磁流量计中，一次采样时间必须非常短，这是因为在激磁电流为零的时间间隔内完成两次采样，而在激磁电流是正或负的时间间隔内完成一次采样。这样，这种测量就易受在采样期间内流体中的气泡或固体物质的影响，这将会降低测量的可靠性。

在另一方面，使对电极间产生的电动势e_a的采样时间如此之长以致克服这种气泡和固体物质的影响将需要长的激磁期间或周期，这会导致变劣的响应特性。一些悬浮液体例如象抽吸液体，具有1/F特性，其中噪声频率越低，噪声电平就变得越高。这样，当激磁周期增加时，也就是激磁频率减少时，信噪比变劣。

因此，本发明的第一个目的在于，提供一种电磁流量计和一种电磁流量测量方法，能够使由于感应噪声引起的测量误差得以消除，而不进行招致停止被测流体流动的零点调整。

本发明的第二个目的在于，提供一种电磁流量计和电磁流量测量方法，其允许设置相对长的采样时间，借以消除流体中气泡和固体物质的影响，提高可靠性。

为了实现上述目的，本发明的电磁流量计包括：被测流体在其内流动的测量管，在测量管内壁上相互面对面设置的一组电极，向测量管道内部沿垂直于其轴的方向提供磁场的激磁线圈，其特征在于，进一步包括：用来向激磁线圈提供选择性地在至少两个激磁周期之间转换的矩形电流的激磁电路;一个用于获得一个流量值信号的流量值计算电路，该流量值信号应当在使得该激磁周期为无限时，从那些由在流体中感生的电动势中获得、并通过诸电极检测到的对应激磁周期中的流量信号中，借助于对这些流量信号的外推计算而获得的;以及一个用来输出由所述流量值计算电路获得的流量值信号的流量值输出电路。

众所周知，当使激磁线圈的激磁周期变得越长时，激磁电流就变得越稳定，因而在这些流量信号中就不易出现误差。同样众所周知的是，当激磁周期越长时，响应度就变得越低，并且容易发生振荡。

在本发明中，流量值计算电路获得这样一个流量值信号，它是对应于使激磁周期为无限长时从不同激磁周期的一些流量信号中获得的一个信号，从而防止了响应度变低，并且消除了由于感应噪声而引起的测量误差，而不必进行招致停止流体流动的零点调整。

而且，本发明简化了对每一激磁周期的流量信号的采样，这就允许使用长的采样时间，从而使其不易遭受流体中的汽泡和固体物质的影响。

在该电磁流量计中，激磁电路给激磁线圈提供交替的第一、第二激磁频率fH、fL的矩形电流，并且在对于第一激磁频率fH检测到一个第一流量信号SH以及对于第二激磁频率fL检测到一个第二流量信号SL时，流量值计算电路可以根据下式之一计算流量值V：

V＝SL×fH/（fH-fL）-SH×fL/（fH-fL）

V＝SL×fH²/（fH²-fL²）-SH×fL²/（fH²-fL²

因此，只使用两个激磁频率，使得电磁流量计的结构做得很简单。

流量值计算电路可以获得相对于第一激磁频率fH的第一流量信号SH的平均值SHa和相对于第二激磁频率fL的第二流量信号SL的平均值SLa。当平均值SHa、SLa的计算之后该电路接收到一个第一流量信号SH时，它就根据下式计算V：

V＝（SLa-SHa）×fH/（fH-fL）+SH

当在平均值SHa、SLa的计算之后该电路接收到一个第二流量信号SLa时，它就按下式计算V：

V＝（SLa-SHa）×fL/（fH-fL）+SL

因此，平均值的使用进一步使可靠性得到了改善。

在感应噪声幅度大的情况下，基于平均值的等式可以修正为：

V＝（SLa-SHa）×fH²/（fH²-fL²）+SH

V＝（SLa-SHa）×fH²/（fH²-fL²）+SL

本发明的另一种电磁流量计包括：一个测量管，其流量要被测量的流体在该管内流动;一组在测量管内壁上相互面对面设置的电极;以及用来沿与测量管轴向相垂直的方向向其内部提供磁场的激磁线圈;其特征在于，进一步包括向激磁线圈提供在至少两个激磁周期之间选择性地转换的矩形激磁电流的激磁电路;响应于在流体中感应的并被电极检测到的电动势，相对于每一激磁周期产生一个流量信号的流量信号产生电路;用于检测在一预选的上升时间流过激磁线圈的激磁电流的激磁电流检测电路;一个流量值计算电路，用于把一个由激磁电流检测电路检测到的激磁电流和一个预定的参考电流值进行比较，从而确定在所述上升时间间隔内激磁电流是否已达到该预定参考电流值，并且用于获得一个流量值信号，该信号应当是对应于使得此激磁周期为无限时的、借助于某种外推从由流量信号产生电路所产生的那些信号中获得的信号，所述的外推为这样两种之一，即当判定是激磁电流已到达该参考电流值时在激磁周期的线性函数基础上的外推，或是当判定是激磁电流尚未到达该参考电流值时在激磁周期的二次函数基础上的外推;以及用于输出由流量值计算电路得到的流量值信号的流量值输出电路。

用这种方式，流量值计算电路根据在预选的上升时间间隔内激磁电流的上升程度来选择用于外推流量信号的函数之间进行选择，从而改良了外推精度，这便进一步改善了测量精度。

按照本发明，应当对应于当激磁周期为无限大时的流量值信号是由不同激磁周期的那些流量信号中获得的，因而消除了由于感应噪声而产生的测量误差，而不必进行招致被测流体停止流动的零点调整，从而改善了测量精度。此外，允许长的采样时间，这便使其不易遭受流体中的汽泡和固体物质的影响，因而改善了可靠性。

图1是根据本发明的第一实施例的电磁流量计的方案图;

图2是说明图1所示仪器工作的时序图，具体地，（g）、（h）、（i）、（j）、（k）、（l）和（m）分别表示激磁电流波形、磁场波形、电动势波形、感应噪声波形、定时信号、被采样的信号以及初始流量信号;

图3是用来说明根据在图1的仪器中使用的线性接近的外推图;

图4表示根据本发明的第二实施例的电磁流量计的激磁周期与初始流量信号的关系，其中激磁周期按三步设置;

图5表示根据本发明第四实施例的模拟电磁流量计的方案;

图6是用来说明图5仪器的时序图，特别是其中（n）、（o）、（q）和（r）表示开关打开和闭合的时序图，（p）和（s）分别表示图5中差分放大器和运算放大器的输出;

图7是用来说明根据一条抛物线外推的图;

图8说明本发明的第七实施例的电磁流量计的结构;

图9是说明图8的电磁流量计的工作的时序，更具体地，其中（t）为对激磁电流检测线连接的时序图，（u）为图8中的A/D转换器的输出波形;

图10是常规的电磁流量计的方案图;

图11是说明图10的电磁流量计的时序图，更具体地，其中（a）和（b）是激磁电流转换脉冲的定时，（c）、（d）、（e）和（f）分别是激磁电流波形、电动势波形、采样脉冲和采样保持脉冲。

参看图1，它说明本发明第一实施例的电磁流量计，它包括传导流体流经的测量管21，传导流体的流量要被测量，用来沿垂直于管的轴向方向向测量管提供一个磁场的激磁线圈22，由在垂直于磁场方向在测量管的内壁上对置安放的两个电极23构成的检测器24。检测器24被连接到具有控制功能的转换器25。

具有控制功能的转换器25被设置用来以任何一组激磁周期给激磁线圈22激磁并在任一时刻取出从电极获得的电动势，用于后续数据处理。更具体地说，转换器25备有激磁电路26、前置放大器27、采样开关28、电容器29、A/D转换器30，信号处理定时控制电路31、以及输出电路32。

激磁电路12包括相反极性的恒流源26a和26b，和用来将每个电流源连接到激磁线圈22上去的激磁转换开关26c。借助于来自信号处理定时控制电路31的激磁转换信号来转换开关26c，由激磁电路12实现以任一组激磁周期给线圈22激磁的功能。

前置放大器27放大被电极23检测到的电动势，并把放大了的信号发送给采样开关28。

采样开关28和与其相连的电容器29一起形成采样和保持电路。借助于被来自信号处理定时控制电路31的定时信号来打开和闭合开关28，开关28在任一时刻执行提取前置放大器27的输出信号并把提取的采样信号送到A/D转换器30去的功能。

A/D转换器30具有把来自采样和保持电路的每一采样信号转换成数字形式并把所得的数字化信号送到信号处理定时控制电路31的功能。

信号处理定时控制电路31具有一个图中没有画出的微机，以一预定的激磁周期执行把激磁控制信号送到激磁转换开关26c的功能，借以控制激磁电路26，并在预定的时刻把定时信号送到采样开关28，借以控制采样和保持电路。信号处理定时控制电路31也具有根据A/D转换器30的采样信号进行计算并把结果送到输出电路32的功能。

输出电路32提供一来自信号处理定时控制电路31的计算结果，作为流量计的输出。

下面将参考图2的时序图说明上述电磁流量计的工作。

现假定流过测试管21的流体是一恒速流。

转换电路25的信号处理定时控制电路31向激磁电路26的开关26c提供一个在一长激磁周期和一短激磁周期之间交替的激磁转换信号。响应于此，激磁电路26给激磁线圈22提供一长周期和短周期的方波电流。

此时，激磁电流流过激磁线圈26，如图2（g）所示，在从极性改变之后一预定的时间滞后之后，激磁电流变成恒定的，因为每个线圈有一电感以及每个恒流源26a、26b具有一固定的输出电压所致。结果，产生了如图2（h）所示磁通量的磁场。

这一磁场在流体中产生如图2（i）所示的电动势，它被电极检测到。注意磁场遭受流过检测器的涡流的影响，使得在激磁电流幅值成为恒定的瞬时和磁场变为恒定的瞬时之间会发生某些滞后。

在磁场稳定之前，如图2（i）所示，在前置放大器27的两个输入端、电极23和传导流体形成的传导环内，产生由于磁场改变感生的噪声，其中包括DC噪声。这一感应噪声被迭加在电极23之间的电动势上。应该注意，DC噪声是在电极23上发生的。

被电极23检测的电动势由前置放大器27放大后送到采样开关28，作为电动势放大信号。同时，信号处理定时控制电路31，在从发出激磁转换信号到电极23间的电动势幅值成为恒定时这一预定的时间滞后之后，发出一定时信号给采样开关28，如图2（k）所示。

响应这一定时信号，采样开关28紧接在每一激磁周期内激磁电流的极性改变之前一直被置于闭合位置并持续一预定时间间隔，在这期间，电容器29被充电到电动势放大信号的电平。也就是说，在两个长的和短的激磁周期的每一个期间，完成采样两次，以便抽取出稳定的电动势放大信号的正、负电平。

如此被采样的电动势放大信号被A/D转换器30转换成数字采样信号，对于相继的激磁周期中激磁电流的每种极性，这些数字化采样信号被送到信号处理定时控制电路31。

在收到在每个长、短激磁周期中的正、负采样信号之后，信号处理定时控制电路31借助图中没有画出的微计算机进行初步处理，对于每一激磁周期，从正的采样信号中减去负的采样信号。结果，获得了如图2（m）所示的初始流量信号。

在对于长、短激磁周期的初次流量信号中，已经除去了非常低的频率的噪声分量，但含有感应噪声分量Nc，如图2中（m）的黑色处所示。在这些初始流量信号中，长激磁周期的初始流量信号所含的感应噪声Nc较少，这是由于直到完成采样前磁场保持恒定的时间间隔长的缘故。换句话说，感应噪声Nc的幅值与激磁周期或激磁期间成反比，而与激磁频率成正比。

接着，信号处理定时控制电路31对于长、短激磁周期的初始流量信号根据线性接近进行外推处理，从而得到倘若激磁频率为零时的流量信号（当激磁周期为无限大时的流量值）。该流量信号被送到输出电路32、当激磁频率为零时，流量信号中没有感应噪声Nc，因而表示真正的流量值。

作为例子，输出电路32把这一流量信号提供给记录器。

在第一实施例中，如上所述，当流体在测量管21中以一恒速流动的同时，激磁电路26供给激磁线圈22在长、短周期间交替的激磁电流，信号处理定时控制电路31根据在电极23间产生的电动势获得每一激磁周期的初始流量信号，并进而借助于外推法由初始流量信号获得假如激磁周期为无限大时而获得的流量信号，输出电路32输出由信号处理定时控制电路31得到的流量信号。

按这种方式，本发明的本实施例可以获得当激磁频率为零时的流量信号，这在通常情况下是不可能实现的，借助于外推两个含有当流速恒定时正比于激磁频率的感应噪声的初始流量信号实现了这一点，这就允许消除由于感应噪声Nc引起的测量误差而不进行招致停止流体流动的零点调整并且改善了测量精度。

而且，只需要简单地采样每一极性的交流激磁电流的电动势。因此，相对于现有技术，不需要对每一极性的激磁电流进行两次采样。这就允许采用相对较长的采样时间，以使其不易遭受流体中汽泡和固体物质的影响。

而且，通过减法获得初始流量信号，这使得象直流一样低频的噪声得以消除。这样，可以实现信噪比高的状态下的外推处理。

此外，对外推使用线性接近，对于在如果感应噪声与初始流量信号相比足够小时从电极23间的电动势中消除感应噪声Nc是非常有效的。

而且，即使由于流体的传导性发生变化而发生零点漂移，只要流速是恒定的，通过处理产生初始流量信号来消除感应噪声，这便保证了流量测量的可靠性。

接着描述根据本发明的第二实施例，本实施例允许信号处理定时控制电路31按三步来改变激磁周期，以便改善优于第一实施例的测量精度，本流量计的结构和图1所示的相同。

图4所示为初始流量信号在激磁周期按三步变化：即L（低）、M（（中）、H（高）时与激磁周期的关系。正如所见到的，初始流量信号随磁频率的增加而降低。

当感应噪声Nc的相位与流量信号相差180度时产生这种初始流量信号。与第一实施例相反，感应噪声越多，信号电平变得越低。

信号处理定时控制电路31借助于外推三个初始流量信号，得到如上所述的相当于假如激磁频率为零时会得到的流量信号，接着把此流量信号送到输出电路32。作为例子，它把这一流量信号提供给一个记录器（未示出）。

按照上述的第二实施例，因为激磁周期按三步变化，就可以更精确地实现外推。除第一实施例的优点之外，第二实施例可以在即使感应噪声Nc具有大的幅值时进行高精度的流量测量。

下面将描述本发明第三实施例的电磁流量计。

为了改进第一实施例的可靠性，第三实施例进行借助于信号处理定时控制电路31获得的初始流量信号的统计处理。第三实施例的电磁流量计在结构上与图1所示的第一实施例的相同。

设SH＝短激磁周期的初始流量信号，fH＝相应于短激磁周期的激磁频率，SL＝长激磁周期的初始流量信号，fL＝相应于长激磁周期的激磁频率，V＝真正的流量值，Nc＝相应于激磁频率的感应噪声的比例系数。那么，下式成立：

SH＝Nc×fH+V （1）

SL＝Nc×fL+V （2）

根据当认为流量为定值时的时间间隔内获得的初始流量信号SH1、SH2……以及SL1，SL2……，信号处理定时控制电路31获得短激磁周期的初始流量信号的平均值SHa和长激磁周期的初始流量信号的平均值SLa。

同样，信号处理定时控制电路31还根据平均SHa、SLa获得满足方程（1）、（2）的Nc如下：

Nc＝（SHa-SLa）/（fH-fL）（3）

注意此处的Nc是周期性地获得的。

进而，收到在短激磁周期内的第一个初始流量信号SH之后，信号处理定时控制电路31根据方程

V＝（SLa-SHa）×fH/（fH-fL）+SH

来计算V值，该方程是由方程（3）和（1）中的Nc获得的。

同样，收到在长激磁周期内的第一初始流量信号SH之后，信号处理定时控制电路31按式

V＝（SLa-SHa）×fL/（fH-fL）+SL

来计算V值，该等式同样地从式（3）和式（2）中的Nc获得。

然后信号处理定时控制电路31向输出电路18提供一代表真实流量值V的流量信号，它接着又被送至记录器。

按上述的第三实施例，信号处理定时控制电路31使用平均流量信号来计算流量值V。这样，第三实施例除在具有第一实施例的优点之外还进一步提高了流量值V的可靠性。此外，仅使用两种激磁频率使得流量计的结构简化了。

下面参照图5说明本发明的第四实施例的电磁流量计，图5详细说明了流量计的模拟实现方式。在该图中，相应于图1的部分用相同标号表示，并略去其详细说明，此处只说明不同的部分。

在这一流量计中，采样和保持电路、A/D转换器30、信号处理定时控制电路31以及输出电路32被省略了。而在前置放大器27之后提供了模拟电路借以实现具有控制功能的转换器25a。

在此模拟流量计中，前置放大器27的输出端与两个由开关40L（40H）和电容器41L（41H）构成的采样和保持电路相连。由开关40L和电容41L构成的采样和保持电路的输出端与差分放大器42的同相输入端相连，由开关40H和电容40L构成的另一采样和保持电路与反相输入端相连。

差分放大器42的输出端借助于各自的由开关43H（43L）和电容器44H（44L）构成的采样和保持电路与第一、第二缓冲放大器45、46中的每一个相连。第一缓冲放大器45的输出端通过电阻ra、rb的串联组合与输出电路47相连。电阻ra、rb之间的连接点与运算放大器48的反相输入端相连，运算放大器48的输出端与输出电路47相连。另一方面，第二缓冲放大器46的输出端通过串联电阻rc、rd与地相连。电阻rc、rd间的接点与运算放大器48的同相输入端相连。

定时发生器49与开关40L、40H、43H、43L以及激磁电路26中的激磁转换开关26c相连。定时发生器49以图6所示的时序控制这些开关40L、40H、43H和43L。

下面参照图6说明这种结构的流量计的工作。

现假定流体以恒速流经测量管1。

如上所述，在电极23之间产生相应于每个长、短激磁周期的电动势，如图6（i）所示。它被前置放大器27放大后出现在开关40L、40H上。

开关40L借助于定时发生器49紧接在激磁极性转换之前一直被置于闭合状态一个时间间隔，在这期间内，正的电动势保持稳定。同样开关40H在紧接激磁极性转变之前置于闭合状态一段时间，在此时间内，负的电动势保持稳定。

这就是说，被开关40L采样的正电动势放大信号加到差分放大器42的同相输入端，被开关40H采样的负电动势放大信号加到差分放大器42的反相输入端。

这样，差分放大器42对于每一激磁周期从正电动势放大信号中减去负电动势放大信号，借以在完成一长激磁周期之后在开关43H、43L中的每一个上施加初始流量信号SL，在完成短激磁周期之后施加初始流量信号SH，如图6（p）所示。

开关43H借助于定时发生器29仅仅在完成每个短激磁周期之后闭合一时间间隔，如图6（q）所示，借以通过第一缓冲放大器45和电阻ra施加一初始流量信号SH给运算放大器48的反相输入端。同样开关43L仅仅在完成每个长激磁周期之后置于闭合状态一时间间隔，如图6（r）所示，借以通过第二缓冲放大器46和电阻rc施加一初始流量信号SL给运算放大器48的同相输入端。

运算放大器48和输出So表示为：

So＝（1+rb/ra）（rd/rc+rd）SL-（rb/ra）SH  （4）

式（4）中的SL、SH的系数分别用K1、K2代换，则写成：

So＝K1×SL-K2×SH  （5）

解方程（1）、（2）求得真实流量值V：

V＝（SL×fH-SH×fL）/（fH-fL） （6）

应该注意到，此处为使So＝V，ra至rd被选取使得满足K1＝fH/（fH-fL）以及K2＝fL/（fH-fL）。

这样，运算放大器48向输出电路47提供一代表真实流量值V的流量信号，如图6（s）所示。然后输出电路47把流量信号送给未画出的记录器。

按照上述的第四实施例，图1所示的仪器用模拟电路来实现，这具有较快速地处理信号的特点，即除图1所示仪器的优点外，还增加了快速流量测量的优点。

下面说明本发明第五实施例的电磁流量计。

第五实施例与图1所示流量计的区别在于实现外推的方式。就是说，本实施例根据图7所示的抛物线，借助于外推长、短激磁周期的初始流量信号来获得流量信号。

现假定激磁电路26给激磁线圈22激磁时，在检测器24的结构和流体中流过涡流，因而产生同步感应噪声。

根据涡流的幅值正比于激磁频率平方这一事实，理论上应得出感应噪声正比于激磁频率的平方。感应噪声增加得越多，会有感应噪声的初始流量信号越变得正比于激磁频率的平方。

借助于利用图7所示的抛物线对含有感应噪声的初始流量信号进行外推，信号处理定时控制电路31获得一流量信号，从而改善流量测量的精度。如前述的实施例那样，输出电路32把流量信号供给未示出的记录器。

按照上述的第五实施例，信号处理定时控制电路31对含有噪声的初始流量信号进行基于抛物线的外推，从而获得流量信号，这在产生大量的感应噪声时对改良测量精度是有效的。

下面说明本发明第六实施例的电磁流量计。

在本实施例中，和第五实施例一样，假定感应噪声正比于激磁频率的平方，借助于利用式（1）′、（2）′代替第二实施例中描述的式（1）、（2）进行外推，信号处理定时控制电路31获得流量值V：

SH＝Nc×fH²+V （1）′

SL＝Nc×fL²+V （2）′

信号处理定时控制电路31根据当流量恒定时获得的初始流 量信号SH1，SH2…以及SL1，SL2…得到短激磁周期的初始流量信号的平均值SLa。

接着，信号处理定时控制电路31根据方程

Nc＝（SHa-SLa）/（fH-fL）  （3）′

获得满足方程（1）′、（2）′的Nc。

结果，收到第一流量信号SH之后，信号处理定时控制电路31按下式计算V：

V＝（SLa-SHa）×fH²/（fH²-fL²）+SH

同样，收到第二流量信号SL之后，信号处理定时控制电路31按下式计算V：

V＝（SLa-SHa）×fL²/（fH²-fL²）+SL。

然后，信号处理定时控制电路31把流量值V送给输出电路32，它接着送到未示出的记录器。

按上述的第六实施例，信号处理定时控制电路32利用初始流量信号的平均值实现基于抛物线的外推，从而保证了流量测量的可靠性。

下面结合图8、9说明本发明的第七实施例。

图8说明第七实施例的电磁流量计的方案，图9是说明其工作的时序图。在这些图中，相同的标号代表图1、2中的相同部分，并省略其说明。此处只说明不同之处。

为保证测量精度，第七实施例的电磁流量计根据流量信号中含的感应噪声的幅值在基于线性接近外推法和基于抛物线外推法之间进行选择。与图1不同，与激磁电路26中的激磁转换开关26c相连接的是电阻50的一端，后者的另一端连到激磁电流检测线51。借助于信号处理定时控制电路31，允许采样开关28连接到与激磁电路26相连的检测线51的另一端或连到前置放大器27的输出端。

现在假定激磁电路26提供如图9（g）所示的激磁电流，并且在电极23之间产生的电动势如图9（i）所示。

前置放大器27放大这一电动势并将其送到采样开关28。

信号处理定时控制电路31提供如图9（k）所示的定时信号给采样开关28，把前置放大器27的输出连到采样和保持电路，借以当电动势稳定时在紧接如前所述激磁电流极性转换之前采样放大的电动势信号。

在激磁电流极性转换的时刻，信号处理定时控制电路31控制激磁电路26中的激磁电流转换开关26c来改变激磁电流的极性，并在同一时刻以图9（t）所示的一预选的上升时间Ts把采样开关28连接到激磁电流检测线51上。在上升时间Ts之后，信号处理定时控制电路31解除采样开关与激磁电流检测线51的连接。因此，信号处理定时控制电路31在激磁电流极性已被转换之后立即在所述上升时间Ts采样激磁电流，并且通过A/D转换器30获得如图9（u）所示的激磁电流值。

接着，信号处理定时控制电路31把激磁电流值和一预定的参考值进行比较，借以确定在上升时间Ts内激磁电流是否已超过参考值。如果在上升时间Ts内激磁电流已经上升到参考值之外，感应噪声的影响就是小的，否则就是大的。

如果作出激磁电流上升到参考值之外的判断，那么信号处理定时控制电路31就对长、短激磁周期的流量信号进行基于线性接近的外推处理，从而获得真实的流量值V，然后把其送至输出电路32。另一方面，如果作出了激磁电流没有上升到参考值之外的判定，那么信号处理定时控制电路31就进行基于抛物线的外推处理。在这种情况下获得的真实流量值V也被送到输出电路32。输出电路32把真实流量值V送给未示出的记录器。

按上述的第六实施例，信号处理定时控制电路31判定激磁电流在激磁电流极性转换的时刻上升的程度，从而检查感应噪声的影响，并且根据感应噪声的影响在线性接近外推法和基于抛物线的外推法之间转换，从而获得真实的流量值V。这便得以实现不受感应噪声影响的更加精确的流量测量。

在电动势放大信号的检测之后采样激磁电流。这就不需要另外的A/D转换器，从而使得流量计的结构简单。

第二实施例以激磁电流频率按三步改变进行了描述，当然，也可以多于三步来改变激磁流频率。

第三实施例中对为获得流量信号把初始流量信号的平均值代入操作表达式中进行了说明，也可以把单个的初始流量信号代入操作表达式中。

此外，第六实施例用从方程（1）′、（2）′得到方程（3）′、并且根据（3）′得到真实流量值V进行了说明，它也可以修改为从方程（1）′、（2）′得到下面的方程（6）′，并按此方得到真实流量值V：

V＝SL×fH²/（fH²-fL²）-SH×fL²/（fH²-fL²） （6）′

此外，第七实施例根据在预选上升时间Ts内的激磁电流值来检测感应噪声的影响并在与此相应的不同的外推法之间选择，它也可以修改为根据激磁电流达到一预定值所需的上升时间来检测噪声的影响并选择相应的外推法。在这种情况下，如果上升时间长，则进行基于抛物线的外推，这是因为感应噪声的幅值较大。如果上升时间短，则进行基于线性接近外推，因为感应噪声小。

本发明在不脱离此处的构思的情况下可以用其它方式实施或修改。

Claims (19)

1、一种电磁流量计，包括：

为其流量要被测量的流体所流经测量管；

在所述测量管内壁上彼此对置设置的一组电极；

用来沿垂直于所述管轴线的方向向所述测量管内部提供磁场的激磁线圈；

以至少两种激磁周期向所述激磁线圈提供矩形激磁电流的激磁装置；

流量值计算装置，用来在每种所述激磁周期中当所述电极间产生电动势时，根据在所述激磁周期期间产生的所述电动势外推流量信号，以便获得当所述激磁周期为无限大时将会得到的流量值信号；以及

流量值输出装置，用来输出通过外推法借助于所述流量值计算装置获得的所述流量值信号。

2、根据权利要求1的电磁流量计，其中所述流量值计算装置根据激磁周期的线性函数进行外推运算。

3、如权利要求1的电磁流量计，其中所述矩形电流在三个激磁周期中选择性转换，其中所述的流量值计算装置从所述三个激磁周期的流量信号中获得流量值信号。

4、如权利要求1的电磁流量计，其中所述的矩形电流选择性地在第一激磁频率fH和第二激磁频率fL之间转换，其中所述的流量值计算装置获得通过所述电极检测到的所述第一激磁频率fH的第一流量信号SH的平均值SHa以及通过所述电极检测到的所述第二激磁频率fL的第二流量信号SL的平均值SLa，接着所述流量值计算装置在收到第一流量信号后计算：

V＝（SLa-SHa）×fH/（fH-fL）+SH

或在收到第二流量信号后计算：

V＝（SLa-SHa）×fL/（fH-fL）+SL

5、如权利要求1的电磁流量计，其中所述矩形电流选择性地在第一激磁频率fH和第二激磁频率SL之间转换，并且其中通过所述电极检测所述第一激磁频率的一个第一流量信号SH后、以及通过所述电极检测所述第二激磁频率的一个第二流量信号SL后，所述流量值计算装置计算

V＝SL×fH/（fH-fL）-SH×fL/（fH-fL）。

6、如权利要求5所述的电磁流量计，其中所述的流量值计算装置包括具有一反相输入端和一同相输入端以及一输出端的运算放大器;一个电阻ra，用来把所述第一流量信号SH连接到所述反相输入端;一个电阻rb，用来把所述反相输入端连到输出端;一个电阻rc，用来把所述第二流量信号SL连到所述同相输入端;以及一个电阻rd，用来把反相输入端接地，所述电阻ra、rb、rc和rd的选择满足公式：

fH/（fH-fL）＝（1+rb/ra）[rd/（rc+rd）]

fL/（fH-fL）＝rb/ra。

7、如权利要求1的电磁流量计，其中所述流量值计算装置根据激磁周期的二次函数进行外推运算。

8、如权利要求1所述的电磁流量计，其中所述矩形电流选择性地在一第一激磁频率fH和一第二激磁频率fL之间转换，并且其中所述流量值装置获得所述电极检测到的所述第一激磁频率fH的第一流量信号SH的平均值SHa，以及通过所述电极检测到的所述第二激磁频率fL的第二流量信号SL的平均值SLa，然后所述流量值计算装置在收到一第一流量信号后计算：

V＝（SLa-SHa）×fH²/（fH²-fL²）+SH

在收到第二流量信号后计算：

V＝（SLa-SHa）×fL²/（fH²-fL²）+SL。

9、如权利要求1所述的电磁流量计，其中所述矩形电流选择性地在一第一激磁频率fH和一第二激磁频率fL之间转换，并且在通过所述电极检测所述第一激磁频率fH的一个第一流量信号SH以及通过所述电极检测所述第二激磁频率fL的一个第二流量信号SL之后，所述流量值计算装置计算：

V＝SL×fH²/（fH²-fL²）-SH×fL²/（fH²-fL²）。

10、一种电磁流量计，包括：

一个测量管，其流量要被测量的流体在该管中流过;

在所述测量管内壁上相互对置放置的一组电极;

用来沿垂直于所述管轴线方向的方向向所述测量管内部提供磁场的激磁线圈;

用来给所述激磁线圈提供至少在两种激磁周期之间选择性地转换的矩形电流的激磁装置;

响应在流体内产生和被所述电极检测到的感生电动势而产生每一激磁周期的流量信号的流量信号产生装置;

用来检测在预选上升时间内流过所述激磁线圈的所述激磁电流的激磁电流检测装置;

流量值计算装置，用来把所述激磁电流检测装置检测到的一激磁电流和一预定参考电流值进行比较，从而确定在所述上升时间所述激磁电流值是否已达到所述预定参考电流值，当判定为激磁电流值已达到参考电流值时根据激磁周期的线性函数外推，当判定为所述激磁电流值没有达到参考电流值时则根据激磁周期的二次函数外推，从而获得相当于当所述激磁周期为无穷大时的流量值信号;以及

流量值输出装置，用来输出由所述流量值计算装置获得的流量值信号。

11、一种电磁测量流体流量的方法，包括下列步骤：

给激磁线圈激磁;

向激磁线圈提供至少在两种激磁周期之间选择性地转换的矩形电流;

从用电极检测的所述流体中的感应电动势获得各个激磁周期的流量信号中，借助于对所述流量信号的外推来计算相当于所述激磁周期为无穷大时的流量值信号;以及

输出所述流量值信号。

12、如权利要求11的方法，其中所述的外推根据激磁周期的线性函数进行。

13、如权利要求11的方法，其中所述的矩形激磁电流在三种激磁周期中转换，并且其中所述计算步骤从相应于所述三种激磁周期的流量信号中获得所述流量值信号。

14、如权利要求11的方法，其中所述矩形电流在第一频率fH和第二频率fL之间转换，并且其中所述的计算步骤包括下列子步骤：

获得由所述电极检测的所述第一频率fH的第一流量信号SH的平均值SHa以及由所述电极检测的所述第二频率fL的第二流量信号SL的平均值SLa;以及

当收到一第一流量信号后计算：

V＝（SLa-SHa）×fH/（fH-fL）+SH

当收到一第二流量信号后计算：

V＝（SLa-SHa）×fL/（fH-fL）+SL。

15、如权利要求11的方法，其中所述矩形电流在第一激磁频率fH和第二激磁频率fL之间选择性地转换，其中所述计算步骤根据通过所述电极检测的所述第一激磁频率的第一流量信号SH和通过所述电极检测的所述第二激磁频率的第二流量信号SL来计算：

V＝（SL×fH-SH×fL）/（fH-fL）

16、如权利要求11所述的方法，其中所述计算步骤根据激磁周期的二次函数进行外推运算。

17、如权利要求11所述的方法，其中所述矩形电流在第一频率fH和第二频率fL之间转换，并且其中所述计算步骤包括子步骤：

获得被所述电极检测到的所述第一频率fH的第一流量信号SH的平均值SHa以及被所述电极检测到的第二频率fL的第二流量信号SL的平均值SLa，接着在收到第一流量信号后计算

V＝（SLa-SHa）×fH²/（fH²-fL²）+SH

在收到第二流量信号后计算

V＝（SLa-SHa）×fL²/（fH²-fL²）+SL。

18、如权利要求11的方法，其中所述矩形电流在第一激磁频率fH和第二激磁频率fL之间选择性地转换，其中所述的计算步骤根据通过所述电极检测的所述第一激磁频率fH的第一流量信号SH和通过所述电极检测到的所述第二激磁频率fL的第二流量信号SL来计算：

V＝SL×fH²/（fH²-fL²）-SH×fL²/（fH²-fL²）。

19、一种电磁测量流体流量的方法，包括下列步骤：

给激磁线圈激磁;

向激磁线圈提供在至少两种激磁周期之间选择转换的矩形激磁电流;

根据在所述流体中感应的电动势产生每个所述激磁周期的流量信号;

检测在预定上升时间通过所述激磁线圈的激磁电流;

把在所述激磁电流检测步骤中检测到的激磁电流和预定参考电流值进行比较，判定是否所述激磁电流在所述上升时间已经达到所述预定参考电流值;

利用当判定所述激磁电流已经达到所述参考电流值时用基于激磁周期的线性函数外推运算，而当判定所述激磁电流尚未达到参考电流值时，用基于激磁周期的二次函数外推运算的方法，从而从所述流量信号产生步骤中产生的那些流量信号中，计算出相应于当所述激磁周期为无穷大时的流量值信号;以及

输出所述流量值计算步骤得到的流量值信号。

Images