CN115993155A - 电磁感应流量计和用于运行这样的电磁感应流量计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电磁感应流量计，具有测量管、第一电极、第二电极、磁场发生器、阻抗信号发生器、耦合装置和控制装置。耦合装置具有第一、第二电容器、第一和第二信号路径。耦合装置还具有第三、第四电容器、第一和第二开关；第一开关、第一和第三电容器相互连接并且第一开关被构造为使得在第一开关状态下仅第一电容器并且在第二开关状态下仅第三电容器被连接到第一信号路径中；第二开关、第二和第四电容器相互连接并且第二开关被构造为使得在第一开关状态下仅第二电容器并且在第二开关状态下仅第四电容器被连接到第二信号路径中，控制装置将第一和第二开关在正磁场相位的持续时间内置于第一开关状态并且在负磁场相位的持续时间内置于第二开关状态。

Description

电磁感应流量计和用于运行这样的电磁感应流量计的方法

技术领域

本发明一方面涉及一种电磁感应流量计，所述电磁感应流量计具有测量管、第一电极、第二电极、磁场发生器、阻抗信号发生器、耦合装置和控制装置。

第一电极和第二电极布置在测量管处用于与测量管中的介质直接接触。在电磁感应流量计的运行中，介质处于测量管中，并且于是第一电极和第二电极也与介质直接接触。

磁场发生器被构造用于在测量管中的介质中产生具有正磁场相位和负磁场相位的交变磁场。阻抗信号发生器被构造用于产生激励信号。

耦合装置具有第一电容器、第二电容器、第一信号路径以及第二信号路径。第一信号路径将阻抗信号发生器和第一电极相互连接，并且第二信号路径将阻抗信号发生器和第二电极相互连接用于传输激励信号。

控制装置被构造用于在使用由交变磁场在介质中感应的并且在第一电极和第二电极处可测量的流量测量信号的情况下确定介质通过测量管的流量。此外，控制装置被构造用于在使用通过激励信号引起的并且在第一电极和第二电极处可测量的阻抗测量信号的情况下确定测量管中的介质的阻抗。

另一方面，本发明还涉及一种用于运行电磁感应流量计的方法。电磁感应流量计具有测量管、第一电极、第二电极、磁场发生器、阻抗信号发生器、耦合装置和控制装置。

第一电极和第二电极布置在测量管处用于与测量管中的介质直接接触。

耦合装置具有第一电容器、第二电容器、第一信号路径以及第二信号路径。

第一信号路径将阻抗信号发生器和第一电极相互连接并且第二信号路径将阻抗信号发生器和第二电极相互连接。

由磁场发生器在测量管中的介质中产生具有正磁场相位和负磁场相位的交变磁场。

由控制装置在使用由交变磁场介质感应的并且在第一电极和第二电极处测量的流量测量信号的情况下确定介质通过测量管的流量。

由阻抗信号发生器产生激励信号。激励信号从阻抗信号发生器出发经由第一信号路径被传输到第一电极并且经由第二信号路径被传输到第二电极。

由控制装置在使用通过激励信号引起的并且在第一电极和第二电极处测量的阻抗测量信号的情况下确定测量管中的介质的阻抗。

如果第一电极和第二电极与介质直接接触，则所述第一电极和第二电极与介质以电流方式（galvanischem）接触。

背景技术

在电磁感应流量计的运行中，阻抗信号发生器产生激励信号。激励信号不仅从第一信号路径被引导到第一电极，而且从第二信号路径被引导到第二电极。第一电容器位于第一信号路径中，并且第二电容器位于第二信号路径中。一方面，第一电容器和第二电容器将一方面阻抗信号发生器与另一方面第一电极和第二电极彼此电流隔断，并且另一方面保证由阻抗信号发生器产生的激励信号到第一电极和第二电极的传输。在该意义上，第一电容器和第二电容器是耦合电容器。

在电磁感应流量计的运行中，磁场发生器产生交变磁场，并且控制装置在使用由交变磁场在介质中感应的并且在第一电极和第二电极处测量的流量测量信号的情况下确定介质通过测量管的流量。因此，流量测量信号包括在正磁场相位时测量的这种流量测量信号和在负磁场相位时测量的这种流量测量信号。这具有以下优点：至少减少干扰和寄生效应的作用并且流量的确定较准确。

已经认识到的是，在耦合装置处出现介质的阻抗的确定对介质的流量的确定的反作用，所述反作用影响流量的确定的精度。通过以下方式得出耦合，即通过由交变磁场在介质中感应的并且在第一电极和第二电极处施加的流量测量信号对第一电容器和第二电容器再充电。即使在第一信号路径和第二信号路径分别通过开关被隔开时，反作用也由于第一电极和第二电极与介质之间的寄生双层电容而维持。减少反作用的一种可能性是减少激励信号的振幅。然而，由此介质的阻抗的确定的精度也降低。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种电磁感应流量计和一种用于运行电磁感应流量计的方法，其中反作用被减小。优选地，不影响阻抗的确定的精度和介质的流量的确定的精度。

该任务通过具有权利要求1的特征的电磁感应流量计来解决。

电磁感应流量计的特征在于，耦合装置具有第三电容器、第四电容器、第一开关和第二开关。

第一开关、第一电容器和第三电容器相互连接，并且第一开关被构造为使得在第一开关的第一开关状态下仅第一电容器被连接到第一信号路径中，并且在第一开关的第二开关状态下仅第三电容器被连接到第一信号路径中。因此，在电磁感应流量计的运行中，第一开关引起：要么仅第一电容器要么仅第三电容器被连接到第一信号路径中。此外，第二开关、第二电容器和第四电容器相互连接，并且第二开关被构造为使得在第二开关的第一开关状态下仅第二电容器被连接到第二信号路径中并且在第二开关的第二开关状态下仅第四电容器被连接到第二信号路径中。因此，在电磁感应流量计的运行中，第二开关引起：要么仅第二电容器要么仅第四电容器被连接到第二信号路径中。第一开关和第二开关优选地分别仅具有两种开关状态。

此外，控制装置被构造用于将第一开关和第二开关在正磁场相位（Magnetfeldphase）的持续时间内置于第一开关状态并且在负磁场相位的持续时间内置于第二开关状态。

由此防止通过由交变磁场在介质中感应的并且在第一电极和第二电极处施加的流量测量信号对第一、第二、第三和第四电容器再充电。由此无论如何均减小反作用。

阻抗信号发生器优选地被构造用于以特定的方式产生激励信号，尤其是作为电流信号。激励信号优选地具有随时间的矩形曲线。如果交变磁场尚未稳定，则激励信号优选地一方面经由第一信号路径和第一电极并且另一方面经由第二信号路径和第二电极被施加到介质中。因为如果交变磁场尚未稳定，则还不能以足够的精度确定介质的流量，因此仅在稳定的交变磁场的情况下才进行流量的确定。由此，介质的流量的确定和介质的阻抗的确定在时间上彼此分开。通过时间分离防止相互影响。介质的电导率的确定在这里也被算作阻抗的确定。

可以以不同的类型实施第一开关和第二开关。

在电磁感应流量计的一种设计方案中，第一开关和第二开关分别是两个单极闭合开关。单极闭合开关（Einschalter）也被称为单刀单掷开关（Single Pole, SingleThrow），并且用SPST缩写。在另一设计方案中，第一开关和第二开关分别是单极双掷开关。单极双掷开关也被称单刀双掷开关（Single Pole Double Throw），并且用SPDT缩写。通过单极闭合开关和单极双掷开关实施第一开关和第二开关是特别简单的。

已经认识到，开关之间的串联散射（Serienstreuung）导致在切换开关时不同大小的载流子注入，由此出现介质的阻抗的确定对介质的流量的确定的反作用，所述反作用影响流量的确定的精度。因此在另一设计方案中，第一开关和第二开关利用多路复用器实现。通过使用多路复用器减小在第一开关感应的电荷和第二开关感应的电荷之间的差异，由此也减小反作用。

在另一设计方案中，第一开关和第二开关是半导体开关。尤其是，第一开关和第二开关在同一晶片（Die）上实现。在一种特别优选的设计方案中，多路复用器利用半导体开关实现。

在另一设计方案中，第一开关和第二开关布置在同一壳体中。通过布置在同一壳体中实现：第一开关和第二开关布置在同一壳体中。通过布置在同一壳体中实现：第一开关和第二开关遭受相同的环境条件，并且尤其是具有相同的温度。

在电磁感应流量计的另一设计方案中，第一开关位于一方面第一电容器和第三电容器与另一方面阻抗信号发生器之间，并且第二开关位于一方面第二电容器和第四电容器与另一方面阻抗信号发生器之间。

在另一设计方案中，控制装置被构造用于作为第一电极和第二电极之间的电压测量流量测量信号和/或阻抗测量信号。

在另一设计方案中，交变磁场是脉动恒定磁场。脉动恒定磁场随着时间的推移交替地具有第一磁场方向和第二磁场方向，第二磁场方向与第一磁场方向反平行。在此，稳定状态下的磁场强度的数值在两个磁场方向的情况下是恒定的。

该任务还通过具有权利要求10的特征的用于运行电磁感应流量计的方法来解决。

执行该方法的电磁感应流量计的耦合装置附加地具有第三电容器、第四电容器、第一开关和第二开关。

上述方法如下被修改：

由控制装置在正磁场相位的持续时间内将第一开关和第二开关置于第一状态，使得仅第一电容器被连接到第一信号路径中并且仅第二电容器被连接到第二信号路径中。

此外，由控制装置在负磁场相位的持续时间内将第一开关和第二开关置于第二状态，使得仅第三电容器被连接到第一信号路径中，并且仅第四电容器被连接到第二信号路径中。

在一种设计方案中，执行该方法的电磁感应流量计根据上述设计方案中的至少一种被构造。

此外，关于电磁感应流量计的阐述相应地适用于用于运行电磁感应流量计的方法，并且反之亦然。

附图说明

详细地给出配置和改进电磁感应流量计和方法的多种可能性。为此，不仅参考从属于独立权利要求的权利要求而且参考结合附图对优选实施例的以下描述。

在附图中，

图1示出电磁感应流量计的一种实施例，以及

图2示出在电磁感应流量计的运行中信号的时间曲线。

具体实施方式

图1以抽象的方式和以处于运行中的方式示出电磁感应流量计1的一种实施例的基本元件。电磁感应流量计1具有测量管2、第一电极3、第二电极4、磁场发生器5、阻抗信号发生器6、耦合装置7和控制装置8。

由于电磁感应流量计1处于运行中，因此使介质9流过测量管2。第一电极3和第二电极4布置在测量管处用于与测量管2处的介质9直接接触。当前第一电极3和第二电极4与介质9直接接触。

耦合装置7具有第一电容器10、第二电容器11、第三电容器12、第四电容器13、第一开关14、第二开关15、第一信号路径16和第二信号路径17。

第一信号路径16将阻抗信号发生器6和第一电极3相互连接，并且第二信号路径17将阻抗信号发生器6和第二电极4相互连接。

磁场发生器5具有磁轭18、线圈19和源20。源20可以由控制装置8控制并且对线圈19馈电。磁场发生器5被构造用于在测量管2中的介质9中产生具有正磁场相位22和负磁场相位23的交变磁场21。在本实施例中，交变磁场是脉动恒定磁场。脉动恒定磁场随着时间的推移交替地具有第一磁场方向和第二磁场方向，所述第二磁场方向与第一磁场方向反平行。在稳定状态下的磁通密度B的数值B₀在两个磁场方向的情况下是恒定的。参见图2a。

控制装置8被构造用于在使用由交变磁场21在介质中感应的并且在第一电极3和第二电极4处可测量的流量测量信号的情况下确定介质9通过测量管2的流量。在该实施例中，控制装置8被构造用于作为在第一电极3和第二电极4之间的电压u测量流量测量信号。

阻抗信号发生器6被构造用于产生激励信号。在该实施例中，激励信号是电流信号i，参见图2c。所述电流信号一方面经由第一信号路径16和第一电极3并且另一方面经由第二信号路径17和第二电极4被施加到介质9中。

此外，控制装置8被构造用于在使用通过激励信号i引起的并且在第一电极3和第二电极4处可测量的阻抗测量信号的情况下确定测量管2中的介质9的阻抗。在该实施例中，控制装置8被构造用于作为在第一电极3和第二电极4之间的电压u测量阻抗测量信号。

在本实施例中，第一开关14和第二开关15分别通过多路复用器实现。多路复用器是在同一晶片上实现的半导体开关。第一开关14和第二开关15也布置在同一壳体中。

第一开关14布置在一方面第一电容器10和第三电容器12与另一方面阻抗信号发生器6之间。第二开关15布置在一方面第二电容器11和第四电容器13与另一方面阻抗信号发生器6之间。此外，在第一信号路径16中在一方面第一电容器10和第二电容器12与另一方面第一电极3之间布置有电阻24。相应地，在第二信号路径17中在一方面第二电容器11和第四电容器13与另一方面第二电极4之间布置有第二电阻25。第一电阻24和第二电阻25用于限制电流i。

第一开关14、第一电容器10和第三电容器12相互连接并且第一开关14被构造为使得在第一开关状态S₁下仅第一电容器10被连接到第一信号路径16中并且在第二开关状态S₂下仅第三电容器12被连接到第一信号路径16中。第二开关15、第二电容器11和第四电容器13相互连接并且第二开关15被构造为使得在第一开关状态S₁下仅第二电容器11被连接到第二信号路径17中并且在第二状态S₂下仅第四电容器13被连接到第二信号路径17中。在图1中，第一开关14和第二开关15分别被示出处于第一开关状态S₁。

控制装置8被构造用于将第一开关14和第二开关15在正磁场相位22的持续时间内置于第一开关状态S₁并且在负磁场相位23的持续时间内置于第二开关状态S₂。

在运行中，电磁感应流量计1执行以下方法：

由磁场发生器5在测量管2中的介质9中产生具有正磁场相位22和负磁场相位23的交变磁场21。

由控制装置8在使用由交变磁场21在介质9中感应的并且在第一电极3和第二电极4处测量的电压u作为流量测量信号的情况下确定介质9通过测量管2的流量。

由阻抗信号发生器6产生激励信号。如果交变磁场21尚未稳定，则将激励信号施加到介质9中。由此，介质9的流量的确定和介质9的电导率的确定在时间上彼此分开。

由控制装置8在正磁场相位22的持续时间内将第一开关14和第二开关15置于第一状态S₁，使得仅第一电容器10被连接到第一信号路径16中并且仅第二电容器11被连接到第二信号路径17中。

此外，由控制装置8在负磁场相位23的持续时间内将第一开关14和第二开关15置于第二状态S₂，使得仅第三电容器12被连接到第一信号路径16中并且仅第四电容器13被连接到第二信号路径17中。

此外，由控制装置在使用通过激励信号i引起的并且在第一电极3处和在第二电极4处测量的电压u作为阻抗测量信号的情况下确定测量管中的介质9的电导率。

附图标记

1电磁感应流量计

2测量管

3第一电极

4第二电极

5磁场发生器

6阻抗信号发生器

7耦合装置

8控制装置

9介质

10第一电容器

11第二电容器

12第三电容器

13第四电容器

14第一开关

15第二开关

16第一信号路径

17第二信号路径

18磁轭

19线圈

20源

21交变磁场

22正磁场相位

23负磁场相位

24第一电阻

25第二电阻

B磁通密度

B₀稳定状态下的磁通密度的数值

i 电流

u 电压。

Claims (11)

1.一种电磁感应流量计（1），所述电磁感应流量计具有测量管（2）、第一电极（3）、第二电极（4）、磁场发生器（5）、阻抗信号发生器（6）、耦合装置（7）和控制装置（8），

其中所述第一电极（3）和所述第二电极（4）布置在所述测量管（2）处用于与所述测量管（2）中的介质（9）直接接触，

其中所述磁场发生器（5）被构造用于在所述测量管（2）中的介质（9）中产生具有正磁场相位（22）和负磁场相位（23）的交变磁场（21），

其中所述阻抗信号发生器（6）被构造用于产生激励信号（i），

其中所述耦合装置（7）具有第一电容器（10）、第二电容器（12）、第一信号路径（16）和第二信号路径（17），

其中所述第一信号路径（16）将所述阻抗信号发生器（6）和所述第一电极（3）相互连接并且所述第二信号路径（17）将所述阻抗信号发生器（6）和所述第二电极（4）相互连接用于传输所述激励信号（i），

其中所述控制装置（8）被构造用于在使用由所述交变磁场（21）在所述介质（9）中感应的并且在所述第一电极（3）和所述第二电极（4）处可测量的流量测量信号的情况下确定介质（9）通过所述测量管（2）的流量，和

其中所述控制装置（8）被构造用于在使用通过所述激励信号（i）引起的并且在所述第一电极（3）和所述第二电极（4）处可测量的阻抗测量信号的情况下确定所述测量管（2）中的介质（9）的阻抗，其特征在于，

所述耦合装置（7）具有第三电容器（12）、第四电容器（13）、第一开关（14）和第二开关（15），

所述第一开关（14）、所述第一电容器（10）和所述第三电容器（12）相互连接，并且所述第一开关（14）被构造为使得在第一开关状态（S₁）下仅所述第一电容器（10）被连接到所述第一信号路径（16）中并且在第二开关状态（S₂）下仅所述第三电容器（12）被连接到所述第一信号路径（16）中，

所述第二开关（15）、所述第二电容器（11）和所述第四电容器（13）相互连接，并且所述第二开关（15）被构造为使得在第一开关状态（S₁）下仅所述第二电容器（11）被连接到所述第二信号路径（17）中并且在第二开关状态（S₂）下仅所述第四电容器（13）被连接到所述第二信号路径（17）中，以及

所述控制装置（8）被构造用于将所述第一开关（14）和所述第二开关（15）在所述正磁场相位（22）的持续时间内置于所述第一开关状态（S₁）并且在所述负磁场相位（23）的持续时间内置于所述第二开关状态（S₂）。

2.根据权利要求1所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述第一开关（14）和所述第二开关（15）分别是两个单极闭合开关。

3.根据权利要求1所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述第一开关（14）和所述第二开关（15）分别是单极双掷开关。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述第一开关（14）和所述第二开关（15）利用多路复用器实现。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述第一开关（14）和所述第二开关（15）是半导体开关，尤其是在同一晶片上实现。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述第一开关（14）和所述第二开关（15）布置在同一壳体中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述第一开关（14）位于一方面所述第一电容器（10）和所述第三电容器（12）与另一方面所述阻抗信号发生器（6）之间，并且所述第二开关（15）位于一方面所述第二电容器（11）和所述第四电容器（13）与另一方面所述阻抗信号发生器（6）之间。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述控制装置（8）被构造用于作为所述第一电极（3）和所述第二电极之间的电压（u）测量所述流量测量信号和/或所述阻抗测量信号。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电磁感应流量计（1），其特征在于，所述交变磁场（21）是脉动恒定磁场。

10.一种用于运行电磁感应流量计（1）的方法，所述电磁感应流量计（1）具有测量管（2）、第一电极（3）、第二电极（4）、磁场发生器（5）、阻抗信号发生器（6）、耦合装置（7）和控制装置（8），

其中所述第一电极（3）和所述第二电极（4）布置在所述测量管（2）处用于与所述测量管（2）中的介质（9）直接接触，

其中所述耦合装置（7）具有第一电容器（10）、第二电容器（11）、第三电容器（12）、第四电容器（13）、第一开关（14）、第二开关（15）、第一信号路径（16）和第二信号路径（17），

其中所述第一信号路径（16）将所述阻抗信号发生器（6）和所述第一电极（3）相互连接，并且所述第二信号路径（17）将所述阻抗信号发生器（6）和所述第二电极（4）相互连接，

其中由所述磁场发生器（5）在所述测量管（2）中的介质（9）中产生具有正磁场相位（22）和负磁场相位（23）的交变磁场（21），

其中由所述控制装置（8）在使用由所述交变磁场（21）在所述介质（9）中感应的并且在所述第一电极（3）和所述第二电极（4）处测量的流量测量信号的情况下确定所述介质（9）通过所述测量管（2）的流量，

其中由所述阻抗信号发生器（6）产生激励信号，

其中将所述激励信号从所述阻抗信号发生器（6）经由所述第一信号路径（16）传输到所述第一电极（3）并且经由所述第二信号路径（17）传输到所述第二电极（4），

其中由所述控制装置（8）在所述正磁场相位（22）的持续时间内将所述第一开关（14）和所述第二开关（15）置于第一状态（S₁），使得仅所述第一电容器（10）被连接到所述第一信号路径（16）中并且仅所述第二电容器（11）被连接到所述第二信号路径（17）中，

其中由所述控制装置（8）在所述负磁场相位（23）的持续时间内将所述第一开关（14）和所述第二开关（15）置于第二状态（S₂），使得仅所述第三电容器（12）被连接到所述第一信号路径（16）中并且仅所述第四电容器（13）被连接到所述第二信号路径（17）中，并且

由所述控制装置（8）在使用通过所述激励信号引起的并且在所述第一电极（3）和所述第二电极（4）处测量的阻抗测量信号的情况下确定所述测量管（2）中的介质（9）的阻抗。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述电磁感应流量计（1）根据权利要求1至9中任一项来构造。

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