CN110088577A - 用于操作磁力/感应流量计的方法和磁力/感应计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于操作磁力/感应流量计的方法(100)，该磁力/感应流量计用于测量测量管(10)中的介质的流率或体积流量，并且本发明涉及这种流量计，其中介质受到不同极性和场强的磁场的作用，其中磁场之间的交替引起介质中的电压脉冲，其中在没有磁场的阶段期间的电压脉冲用于电极电压特征的校正的计算。

Description

用于操作磁力/感应流量计的方法和磁力/感应计

技术领域

本发明涉及一种用于操作磁力/感应流量计的方法，该磁力/感应流量计用于测量测量管中介质的流率或体积流量，并且本发明涉及这种流量计。

背景技术

磁力/感应流量计已经长时间用于流量测量。磁力/感应流量测量的原理基于在由磁场对流过测量管的导电介质中的流量相关的电压的感应，该磁场垂直于流动方向定向。磁场通常由具有一个或多个线圈的线圈系统产生。流量相关的电压从至少两个测量电极分接并由测量装置评估。因此，能够从测量的电压和已知的磁场确定介质通过管道的流量。通常将极性交替的磁场施加到介质上，以便最小化故障效应，其不管磁场的存在如何，都会在测量电极之间引起可测量的电压，从而使流量测量失真。文献DE10312058A1描述了这种流量计。检测故障效应的另一可能性是在具有磁场的阶段之间配置没有磁场的静止阶段(rest phase)并测量故障效应。这在文献US4597295A中提出。这两种反应的缺点在于，在改变为具有反极性的磁场之后或者当存在具有磁场的阶段与具有流量测量或者故障效应测量的静止阶段之间的切换时，需要等到流量计达到稳定状态。因此，损失了宝贵的时间，其然后对于流量测量不可获得。因此，本发明的目的是提出一种用于操作磁力/感应流量计的方法和这种流量计，通过其最小化时间损失。

发明内容

该目的通过根据独立权利要求1的方法和根据独立权利要求18的磁力/感应流量计实现。

在根据本发明的用于操作磁力/感应流量计的方法中，该磁力/感应流量计用于测量测量管中介质的流率或体积流量，

磁力/感应流量计包括：

用于引导介质的测量管；

具有至少一个线圈系统的磁体系统，其用于在介质中产生磁场，其中磁场基本垂直于测量管轴，其中磁场是通过向线圈系统施加电线圈电压而引起的；

至少一对测量电极，其布置在测量管中，用于检测介质中由磁场感应的电极电压，其中电极电压基本上与流率和磁场的场强成比例，其中电极电压是由介质流过磁场引起的电荷载流子分离引起的；

用于操作磁体系统和评估电极电压的测量/操作电路；

在馈电阶段期间，产生磁场并检测电极电压，

其中馈电阶段具有测量阶段，在测量阶段中磁场基本恒定，其中在测量阶段期间使用电极电压的测量值来计算介质的流率；

其中在随后的馈电阶段期间产生反极性的磁场，

其中，在第一方法步骤中，当在先前的馈电阶段和随后的馈电阶段之间选择馈电阶段改变时，配置静止阶段，在静止阶段中至少在某种程度上没有施加电线圈电压到线圈系统；

其中，在第二方法步骤中，在静止阶段期间检测电极电压；

其中，不同阶段之间的磁场的切换引起在介质中的电压脉冲的产生，其中每个阶段可以是馈电阶段或静止阶段，

其中，在第三方法步骤中，来自静止阶段的电压脉冲的信息用于确定在馈电阶段期间由该馈电阶段期间的电压脉冲导致的电极电压的故障。

特别地，不必为每个馈送阶段改变配置静止阶段；例如，能够在每第n个馈电阶段改变处配置静止阶段，其中n是正自然数。还能够配置静止阶段的不规则序列，其中不规则性基于例如随机算法。

除了至少一个线圈系统之外，磁体系统还能够具有用于将磁场引导到测量管外部的场反馈回路。此外，磁体系统能够具有至少一个极靴(pole shoe)，该极靴被配置为在线圈系统和测量管之间传导磁场。至少一个线圈系统能够在每种情况下具有线圈芯。

电极电压是由介质经由磁场流动通过测量管引起的电荷载流子的偏转产生的，其中偏转方向取决于电荷载流子的极性。这导致带正电的电荷载流子与带负电的电荷载流子的分离，从而导致电压。

在该方法的一个实施例中，在确定故障之后，根据故障校正在静止阶段之前的馈送阶段期间和/或在静止阶段之后的馈送阶段期间的电极电压的特征。

在该方法的一个实施例中，通过对至少两个静止阶段的所确定的故障求平均来计算平均故障，其中在平均故障的计算之后校正馈电阶段的电极电压的值或电极电压的测量值。

在该方法的一个实施例中，在馈电阶段期间或在静止阶段期间，电极电压被采样至少两次，并且特别地至少二十次，优选地至少五十次。

在该方法的一个实施例中，故障的校正包括从馈电阶段期间的电极电压的特征中减去静止阶段的电压脉冲的特征。

在该方法的一个实施例中，故障的校正包括至少一个静止阶段的电压脉冲的特征的拟合，

其中拟合函数给出关于电压脉冲最大的时间点和幅度和/或电压脉冲的幅度下降的特征和/或达到最终状态的时间点和/或给出最终状态的特性和/或电压脉冲的脉冲宽度的信息，

其中，基于通过拟合获得的拟合参数或基于拟合函数参数确定故障，

其中最终状态是稳态测量系统的状态，其中测量系统包括磁体系统和磁场区域中的介质，以及具有到测量/操作电路的引线的测量电极。

拟合函数能够从纯粹的数学观点中选择。然而，也可以在拟合函数的选择中和/或当拟合函数的参数受限时使用物理或技术条件。

在该方法的一个实施例中，拟合至少在第一时间间隔内采用具有全局极值的函数。

在该方法的一个实施例中，拟合至少在第二时间间隔内采用单调下降函数，例如幂函数。

在该方法的一个实施例中，借助于查找表选择拟合函数或拟合函数参数。

在该方法的一个实施例中，在拟合期间或在拟合函数的选择期间使用包括测量电极和测量电极到测量/操作电路的馈电引线以及介质的电路的第一阻抗和/或介质的第二阻抗的测量值。

在该方法的一个实施例中，借助于测量电极确定第一阻抗的测量值，和/或其中借助于阻抗探针确定第二阻抗的测量值，其中阻抗探测器属于例如磁力/感应流量计。然而，阻抗探针也能够是外部探针，其测量值经由测量/操作电路的接口传输。

在该方法的一个实施例中，至少设备类型和/或示例性类型和/或应用特定参数被用于拟合或拟合函数的选择。

在该方法的一个实施例中，n是可选择的，其中选择标准是介质的流量或流量改变。

在该方法的一个实施方案中，相邻馈电阶段的测量阶段的磁场的大小彼此相差小于1％，特别是小于0.1％。

在该方法的一个实施例中，平均故障的计算相关的静止阶段在第一馈送阶段之前。

在该方法的一个实施例中，至少在某种程度上平均故障的计算相关的静止阶段在第一馈送阶段之前，其中至少在某种程度上平均故障的计算相关的静止阶段在第一馈送阶段之后。

在该方法的一个实施例中，两个连续馈电阶段的测量阶段或测量阶段和该测量阶段之前或之后的静止阶段的电极电压的校正测量值的差异或校正电极电压的差异被用于确定流量测量值。

根据本发明的用于测量测量管中介质的流率或体积流量的磁力/感应流量计包括：

测量管，其被配置为传导介质；

具有至少一个线圈系统的磁体系统，该磁体系统被配置为在介质中产生磁场，该磁场基本垂直于测量管轴；

布置在测量管中的至少一对测量电极，这些电极被配置为检测介质中由磁场感应的电压，该电压基本上与流率和磁场的场强成比例；

测量/操作电路，其被配置为实施根据本发明的方法，以操作磁体系统，以及以评估由一对测量电极检测的电压。

在一个实施例中，流量计具有用于检测介质阻抗的阻抗探针。

在流量计的一个实施例中，测量/操作电路具有用于传输或接受与外部确定的介质阻抗有关的信息的接口。

在一个实施例中，磁体系统包括至少一个场反馈回路，该场反馈回路被设计为至少部分地在与线圈系统相对的测量管侧和线圈系统之间的测量管外部传导磁场。

附图说明

现在将参考示例性实施例描述本发明。

图1描绘了用于操作根据本发明的磁力/感应流量计的示意性方法序列。

图2以示例的方式描绘了磁场和电极电压的特征的细节。

图3以示例的方式示出了根据本发明的磁力/感应流量计的横截面。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的用于操作磁力/感应流量计(1)方法100的序列。如图3所示，这种流量计包括：

用于引导介质的测量管(10)；

磁体系统(20)，其具有用于在介质中产生磁场的至少一个线圈系统(20、21)，其中磁场基本垂直于测量管轴，其中磁场是通过将电压施加到线圈系统引起的；

至少一对测量电极(31、32)，其布置在测量管中，用于检测介质中的由磁场引起的电极电压，电极电压基本上与流率和磁场的场强成比例；

以及用于实施本发明的方法的测量/操作电路。

在流量计的操作期间，在馈电阶段期间，产生磁场并检测电极电压，其中馈电阶段具有测量阶段，在测量阶段中磁场基本恒定，其中在测量阶段期间使用电极电压的测量值来计算介质的流率。

在随后的馈电阶段期间产生反极性的磁场。

在根据本发明的第一方法步骤101中，如果在先前馈电阶段和后续馈电阶段之间选择馈电阶段改变，则配置静止阶段，其中在静止阶段中至少在某种程度上没有电线圈电压被施加到线圈系统。

特别地，不必为每个馈电阶段改变配置静止阶段；例如，可以在每第n个馈电阶段改变处配置静止阶段，其中n是正自然数。还可以配置静止阶段的不规则序列，其中不规则性基于例如随机算法。在拟合过程中，仅在部分中配置静止阶段可能是有利的，其中在拟合过程的初始阶段和结束阶段中，由于流率的强烈改变，可以省去静止阶段，并且其中，在拟合过程的中间阶段中，配置静止阶段。静止阶段的不规则序列减弱了混叠效应。

在根据本发明的第二方法步骤102中，在静止阶段期间检测电极电压；

在不同阶段之间的切换引起介质中电压脉冲的产生，该阶段是馈电阶段或静止阶段。

在根据本发明的第三方法步骤103中，基于来自静止阶段期间的电压脉冲的信息来计算馈电阶段中的电极电压的故障。

图2描绘了在若干阶段上的时间t上的磁场和电极电压的特征的示例性和示意性细节，其中上部曲线M示出了阶段1至7期间的磁场特征，并且其中下部曲线E示出了在阶段1至7期间的电极电压的特征。单个阶段期间的磁场或电极电压的特征由在阶段开始时的最终状态中的瞬态条件以及在瞬态条件终止之后保留在最终状态中来表征，其中磁场的瞬态恢复时间短于电极电压的瞬态恢复时间。一旦测量技术无法能够检测到瞬态条件，则达到最终状态。最终状态期间的电极电压是流量相关的。这是由于电极电压对磁场反应的事实，其中这些反应也在介质/测量电极接口处引起屏障效应，其具有作为介质导电率的函数的瞬态恢复时间，其通常比磁场的瞬态恢复时间长。最终状态期间的电极电压值由介质的当前流率给出。在馈电阶段期间(参见阶段1、3、5、6和7)，磁体系统至少部分地向介质施加磁场，其中通过用线圈电流驱动线圈系统来产生磁场。在静止阶段(参见阶段2和4)，线圈电压被关闭，使得磁场下降到零。在静止阶段的最终状态期间的电极电压值提供关于对电极电压的影响的信息，其不归因于馈电阶段期间的静态磁场。

为了测量流量，至少在馈电阶段的最终状态期间或在静止阶段期间使用电极电压或电极电压的测量值。更具体地，为了测量流率，电极电压的测量值的差异或两个连续馈电阶段或馈电阶段和该馈电阶段之前或之后的静止阶段的电极电压的差异被用于确定流量测量值。

磁体系统的切换操作之后的电极电压不仅取决于磁体系统的动态参数，还取决于屏障的动态行为。电极电压的动态参数受到磁场和阶段改变期间磁场改变的影响，以及屏障在测量电极/介质接口处的影响。通过切换，电极电压呈现出电压脉冲，该电压脉冲衰减到基本上恒定的电压状态，其中衰减尤其是从屏障上的电压的衰减产生，其中电压脉冲表示作为磁场的改变和势垒电容的电荷的结果的电极电压的故障。电压脉冲的极性取决于具有阶段改变的磁场改变的极性，因此，当存在两个相同极性的磁场改变的连续阶段改变时，在每种情况下发生相同极性的电压脉冲，该电压脉冲表示脉冲对PP。这是在从阶段1到阶段2的阶段改变以及从阶段2到阶段3的改变期间、以及从阶段3到阶段4的阶段改变期间以及从阶段4到阶段5的改变期间中描绘的。

在根据现有技术的用于操作磁力/感应流量计的方法中，一旦检测到用于计算流量的电极电压或电极电压的测量值，则等待直到电极电压的瞬态条件已经发生，从中可以看出，瞬态阶段对流量测量毫无用处。

通过在静止阶段期间确定电极电压的电压特征，能够通过电压脉冲来校正馈电阶段期间的电极电压的故障，因为静止阶段期间的电压脉冲呈现出故障的本质。在馈电阶段期间的电极电压的校正允许在电极电压的瞬态阶段期间使用电极电压用于流量测量，从而能够缩短馈电阶段的持续时间或者能够增加能够被用于测量流速的馈电阶段的比例。两种变体都能够改善流量测量的信噪比。通常，在馈电阶段或静止阶段期间多次扫描电极电压。在校正的简单变体中，从在馈电阶段期间电极电压的特征中减去在静止阶段期间的电极电压的特征。为了在静止阶段期间更好地检测电极电压的特征，在该方法的一个实施例中，能够执行几个静止阶段的电极电压的特征的求平均，以便校正在馈电阶段期间的电极电压的特征。在该方法的一个实施例中，能够在静止阶段期间过滤电极电压的特征，其中在馈电阶段期间对电极电压的特征的校正基于由拟合确定的拟合参数。例如，从馈电阶段期间的电极电压的特征中减去由拟合参数表征的函数特征。也可以对拟合或几个静止阶段的电极电压的特征的拟合参数求平均。例如，能够从查找表中搜索用于在静止阶段期间拟合电极电压的特征的函数，其中查询表中存储至少一个设备类型和/或至少一个示例性类型和/或至少存储一个引用特定参数，这些参数被链接到合适的拟合函数和/或拟合函数参数。

该拟合还可以合并第一阻抗和第二阻抗的测量值，其中第一阻抗是包括测量电极的电路以及介质的阻抗，并且其中第二阻抗是介质的阻抗。

在从馈电阶段期间的电极电压的特征中减去函数特征之后，在馈电阶段期间的电极电压的特征在基本恒定的流量的情况下具有基本恒定电压的较长区域，该区域能够被用于流量测量。在馈电阶段期间流量的快速改变的情况下，电极电压也能够在稳态下增加或减少。

图2中概述的阶段的序列是示例性的。通过静止阶段的两个馈电阶段的分离能够例如仅在几个馈电阶段改变而没有静止阶段之后进行。由于在从一个馈电阶段切换到下一个馈电阶段时产生的电压脉冲具有——与良好的近似值相比——在馈电阶段和静止阶段之间切换时产生的电压脉冲的双倍幅度，因此必须例如在从馈电阶段到馈电阶段的改变之后的电极电压的特征的校正中并入因子2。在饱和效应的情况下，由于非线性效应，该因子也可能偏离2，并且可以使用物理边界条件来确定或估计。

各个磁场的特征是示例性的。特别地，能够在阶段开始时将过电压施加到线圈系统，使得磁场更快地实现期望的状态。在这种情况下，实际磁场分布可能偏离图2中所示的特征。

图3描绘了根据本发明的磁力/感应流量计1的横截面，其具有测量管10；具有线圈系统21和线圈系统22的磁体系统20，每个线圈系统具有线圈芯27、极靴25和极靴26；以及，测量电极31和测量电极32，其用于检测介质中感应的电压。磁体系统将沿箭头23的方向排列的磁场施加到测量管10中的介质。磁场和介质的流量通过测量管确保在箭头23的方向上产生电极电压。磁力/感应流量计还可包括场返回环40和/或阻抗探头60。测量电极31、测量电极32，以及线圈系统21、线圈系统22，以及阻抗探头被连接到测量/操作电路50，该测量/操作电路50被配置为操作线圈系统、测量电极以及可能的阻抗探针。阻抗探针被配置为检测介质的阻抗。作为阻抗探测器60的替代或补充，测量/操作电路50能够具有接口S，其用于通信或接受关于外部确定的介质的阻抗的信息。

参考字符列表

1 流量计

10 测量管

20 磁体系统

21、22 线圈系统

23 磁场的方向

25、26 极靴

27 线圈芯

31、32 测量电极

33 电极电压的方向

34 引线

40 场反馈回路

50 测量/操作电路

60 阻抗探头

100 用于操作测量设备的方法

101 第一方法步骤

102 第二方法步骤

103 第三方法步骤

M 磁场的特性

E 电极电压的特性

S 接口

Claims (20)

1.一种用于操作磁力/感应流量计(1)的方法(100)，所述操作磁力/感应流量计(1)用于测量测量管(10)中的介质的流率或体积流量，

所述磁力/感应流量计(1)包括：

用于引导所述介质的测量管(10)；

具有至少一个线圈系统(21、22)的磁体系统(20)，用于在所述介质中产生磁场，其中所述磁场基本垂直于测量管轴，其中磁场是通过向所述线圈系统(21、22)施加电线圈电压而引起的；

至少一对测量电极(31、32)，所述至少一对测量电极(31、32)布置在所述测量管(10)中，用于检测在所述介质中由所述磁场感应的电极电压，所述电极电压基本上与所述流率和所述磁场的场强成比例；

用于操作所述磁体系统(20)和评估所述电极电压的测量/操作电路(50)；

其中，在馈电阶段期间，产生所述磁场并检测所述电极电压，

其中，所述馈电阶段具有测量阶段，在所述测量阶段中所述磁场基本恒定，其中在所述测量阶段期间使用所述电极电压的测量值来计算所述介质的所述流率；

其中，在随后的馈电阶段期间产生反极性的磁场，

其中，在第一方法步骤(101)中，当在先前的馈电阶段和随后的馈电阶段之间选择馈电阶段改变时，配置静止阶段，在所述静止阶段中至少在某种程度上没有施加电线圈电压到所述线圈系统(21、22)；

其中，在第二方法步骤(102)中，在所述静止阶段期间检测所述电极电压；

其中，不同阶段之间的切换引起在所述介质中的电压脉冲的产生，其中所述阶段是馈电阶段或静止阶段，

其特征在于，

其中，在第三方法步骤(103)中，来自所述静止阶段的电压脉冲的信息用于确定在馈电阶段期间由所述馈电阶段期间的电压脉冲导致的所述电极电压的故障。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，

其中，在所述故障的确定之后，根据所述故障校正在所述静止阶段之前的馈电阶段和/或在所述静止阶段之后的馈电阶段期间的所述电极电压的特征。

3.根据权利要求1所述的方法(100)，

其中，通过对至少两个静止阶段的确定的故障求平均来计算平均故障，其中在所述平均故障的计算之后校正馈电阶段的所述电极电压的所述特征。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，

其中，在所述馈电阶段期间或在所述静止阶段期间，所述电极电压被采样至少两次，并且特别地至少二十次，优选地至少五十次。

5.根据权利要求2至4中的一项所述的方法(100)，

其中，所述故障的校正包括从馈电阶段期间的电极电压的特征中减去静止阶段的电压脉冲的特征。

6.根据权利要求2至4中的一项所述的方法(100)，

其中，所述故障的校正包括至少一个静止阶段的电压脉冲的所述特征的拟合，

其中，拟合函数给出关于电压脉冲最大的时间点和幅度和/或所述电压脉冲的幅度下降的特征和/或达到最终状态的时间点和/或最终状态的特性和/或所述电压脉冲的脉冲宽度的信息，

其中，基于通过拟合获得的拟合参数确定所述故障，

其中，所述最终状态是稳态测量系统的状态。

7.根据权利要求6所述的方法(100)，

其中，至少在第一时间间隔中，所述拟合采用具有全局极值的函数——例如高斯函数。

8.根据权利要求6或7中的一项所述的方法(100)，

其中，至少在第二时间间隔中，所述拟合采用单调下降函数——例如幂函数。

9.根据权利要求6至8中的一项所述的方法(100)，

其中，从查找表中选择所述拟合函数或拟合函数参数。

10.根据权利要求6至9中的一项所述的方法(100)，

其中，在拟合期间或在所述拟合函数的选择期间使用电路的第一阻抗和/或所述介质的第二阻抗的测量值，所述电路包括所述测量电极(31、32)和所述测量电极到所述测量/操作电路(50)的馈电引线以及所述介质。

11.根据权利要求10所述的方法(100)，

其中，借助于所述测量电极确定所述第一阻抗的测量值，和/或其中借助于阻抗探针(60)确定所述第二阻抗的测量值。

12.根据权利要求6至11中的一项所述的方法(100)，

其中，至少设备类型和/或示例性类型和/或应用特定参数被用于所述拟合或所述拟合函数的选择。

13.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，

其中，n是可选择的，其中，选择标准是所述介质中的流率或流率的改变。

14.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，

其中，相邻馈电阶段的测量阶段的磁场的大小彼此相差小于1％，特别是小于0.1％。

15.根据权利要求3至14中的一项所述的方法(100)，

其中，所述平均故障的计算相关的所述静止阶段在第一馈送阶段之前。

16.根据权利要求3至14中的一项所述的方法(100)，

其中，至少在某种程度上所述平均故障的计算相关的所述静止阶段在所述第一馈送阶段之前，

其中，至少在某种程度上所述平均故障的计算相关的所述静止阶段的计算在所述第一馈送阶段之后。

17.根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)，

其中，两个连续馈电阶段的测量阶段或测量阶段与所述测量阶段之前或之后的静止阶段的所述电极电压的校正测量值的差异或校正电极电压的差异被用于确定流量测量值。

18.一种用于测量测量管(10)中的介质的流率或体积流量的磁力/感应流量测量设备(1)，包括：

测量管(10)，所述测量管(10)被配置为传导所述介质；

磁体系统(20)，所述磁体系统(20)具有至少一个线圈系统(21、22)，所述磁体系统(20)被配置为在所述介质中产生磁场，所述磁场基本垂直于测量管轴；

至少一对测量电极(31、32)，所述至少一对测量电极(31、32)被布置在所述测量管(10)中，所述电极被配置为检测所述介质中由所述磁场感应的电压，所述电压基本上与所述流率和所述磁场的场强成比例；

测量/操作电路(50)，所述测量/操作电路(50)被配置为实施根据前述权利要求中的一项所述的方法(100)。

19.根据权利要求18所述的流量计(1)，

其中，所述流量计具有用于检测所述介质的所述第二阻抗的阻抗探针(60)，其中所述测量/操作电路(50)被配置为操作所述阻抗探针(60)。

20.根据权利要求17或18所述的流量计(1)，

其中，所述测量/操作电路(50)具有接口(S)，所述接口(S)用于通信或接受关于所述介质的外部确定的阻抗的信息。