CN117642608A - 磁感应流量测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定可流动介质的取决于流率的测得变量的磁感应流量测量设备，包括：用于产生磁场的设备(5)，该用于产生磁场的设备包括线圈布置(25)；用于特别是通过两个优选地沿直径布置的测量电极(17、18)分接在可流动介质中感应的测量电压的设备(8)；操作电路(7)，其被配置成将操作信号(11)，特别是电压信号(12)，施加到线圈布置(25)，该操作信号(11)具有操作信号参数；以及控制器电路(10)，其被配置成控制操作信号参数中的至少一个，使得受控变量不与预定义的设定点值不同，该设定点值包括成比例大小的磁场能量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定可流动介质的取决于流率的测得变量的磁感应流量测量设备。
背景技术
磁感应流量测量设备用于确定管道中的流动介质的流率和体积流量。在此对于在线磁感应流量计与磁感应流量测量探头之间进行区分，磁感应流量测量探头插入管道的侧向开口中。磁感应流量计具有用于产生磁场的设备，该设备产生垂直于流动介质的流动方向的磁场。单线圈通常用于此目的。为了实现基本均匀的磁场，另外形成并附接极靴，使得磁场线在基本垂直于横向轴线或平行于测量管的垂直轴线的整个管道横截面上延伸。另外，磁感应流量计具有测量管，在该测量管上布置有用于产生磁场的设备。附接到测量管道的侧向表面的测量电极对抽头测量(tap)垂直于流动方向并垂直于磁场施加的且在施加磁场的情况下当导电介质在流动方向流动时发生的电测量电压或电势差。根据法拉第感应定律，由于抽头测量电压取决于流动介质的速度和流率，并且在包含已知管横截面的情况下，可以从感应的测量电压确定体积流量。
磁感应流量计包括用于传导介质的测量管，并附接有用于产生穿透测量管的磁场的设备以及测量电极，与此相反，磁感应流量测量探头将其通常为圆柱形的外壳插入到管线的侧向开口中，并以流体密封的方式固定。特殊的测量管不再必要。测量管的侧向表面上在导言中提到的测量电极布置和线圈布置被省略，取而代之的是用于产生磁场的设备，该设备被布置在外壳内部并直接接近测量电极，并被设计成使得所产生的磁场的磁场线的对称轴线与测量电极之间的前面或面垂直地相交。在现有技术中，已经有多个不同的磁感应流量测量探头。
磁感应流量测量设备通常用于流体的过程和自动化工程中，从近似5μS/cm的电导率开始。对应的流量测量设备由申请人以各种各样的实施例出售，例如以名称PROMAG或MAGPHANT，用于各种应用领域。
存在用于控制被施加到线圈布置的操作信号的多种不同方法。通常，它们的目标是产生磁场，该磁场的磁感应在整个测量阶段尽可能恒定。WO 2014/001026 A1例如公开了一种控制器，其中控制被施加到线圈布置的电压信号，使得流过线圈布置的线圈电流在定义的测量阶段达到并保持线圈电流设定点值。流过线圈布置的线圈电流产生磁场，该磁场的磁感应取决于线圈电流。基本上假定，通过建立固定的线圈电流设定点值，所产生的磁场的磁感应也以可再现方式采取设定点值。这样的控制的优点在于，该控制不需要测量磁感应。然而，已经发现，由于温度变化和磁干涉场，磁感应不能仅仅通过调整到固定的线圈电流设定点值来再现。结果，为了确定磁感应的取决于流率的测得变量而假定的值与测量管中当前存在的磁感应不同。取决于干扰变量，在确定取决于流率的测得变量时，这可能导致高达20％的偏差。
本发明的目标是补救这一问题。
发明内容
目标通过根据权利要求1所述的磁感应流量测量设备实现。
根据本发明的用于确定可流动介质的取决于流率的测得变量的磁感应流量测量设备包括：
-用于产生磁场的设备，
其中，用于产生磁场的设备包括线圈布置；
-用于特别是通过两个优选地沿直径布置的测量电极分接在可流动介质中感应的测量电压的设备；
-操作电路，该操作电路被配置成将操作信号，特别是电压信号，施加到线圈布置，
其中，操作信号具有操作信号参数；以及
-控制器电路，该控制器电路被配置成控制操作信号参数中的至少一个，使得受控变量不与预定义的设定点值不同，
其中，设定点值包括成比例大小的磁场能量。
具有这样的控制器电路的磁感应流量测量设备表现出对外部干涉场以及用于产生磁场的设备的取决于温度的自感的更大不敏感性。根据本发明的控制器电路在用于经由例如电池或蓄电池的电化学储存器供电的磁感应流量测量设备时特别有利。与经由电源供电的传统磁感应流量测量设备相比，它们以显著更低的电流或显著更低的电压操作。这意味着诸如线圈芯或场导板的场导部件在使用期间不会磁饱和。结果，除了特别增加的对外部干涉场的敏感性之外，它们还具有在启动期间延长的建立时间，其中，建立时间描述了在流量测量设备已经接通之后直到用于产生磁场的设备预热好要等待的时间段，并且其中磁感应朝向设定点值连续地建立。具有根据本发明的控制器电路的磁感应流量测量设备还具有显著更低的磁场温度系数，其中，温度系数描述了磁场每温度变化的偏差。
在工厂或在启动期间确定和提供的设定点值可以以调整方法或通过计算机模拟来确定。
设定点值包括与用于产生磁场的设备的磁场能量成比例的变量。这意味着设定点值包括磁场能量的单位。线圈布置的磁场能量例如取决于线圈的自感L和当前流过线圈布置的线圈电流的二次贡献。
本发明的有利实施例是从属权利要求的主旨。
一个实施例规定，磁感应流量测量设备进一步包括：
-测量电路，该测量电路被配置成确定线圈布置的线圈电流，
其中，用于产生磁场的设备具有自感，
其中，受控变量取决于自感的自感值与线圈电流的线圈电流值的平方的乘积。
通过将至少一个操作信号参数控制为取决于自感值和线圈电流值的平方的函数来降低磁感应流量测量设备对干涉场和温度影响的敏感性。可以实现敏感性的进一步降低，其中函数被选定为使得其取决于自感值与线圈电流值的平方的乘积。根据一个实施例，函数仅取决于自感值与线圈电流的平方的乘积以及可选地恒定的前因子。依赖性本质上总是由线性关系来描述。
一个实施例规定，操作信号具有特别是随时间可变并且被划分成时间间隔的电压曲线，
其中，电压曲线的符号在连续的时间间隔中交替，
其中，时间间隔各自具有第一时间子间隔，其中，向用于产生磁场的设备施加特别是在整个第一时间子间隔上恒定的第一电压。
一个实施例规定，测量电路被配置成在第一时间子间隔期间测量线圈电流值，
其中，受控操作信号参数包括取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，或者其中，第一电压特别是第一电压的平方。
取决于在第一时间间隔中确定的线圈电流值，可以确定时间常数，该时间常数是特征变量，并且至少取决于电阻和用于产生磁场的设备的自感。单个线圈电流值、至少两个线圈电流值或者由线圈电流值形成的线圈电流值历程可以进入时间常数的确定，其中，时间值被指配给每个线圈电流值。
控制器电路被配置成控制第一电压或第一电压的平方，使得取决于确定的时间常数和第一电压或取决于依赖于第一电压的函数的控制函数不与预定义的设定点值不同。特别地，根据有利实施例，上文介绍的函数仅取决于时间常数与第一电压或者依赖于第一电压的函数的乘积。时间常数表征线圈电流的上升。例如，时间常数可以被定义为诸如描述切换线圈电流方向之后，直到线圈电流采取预定义的设定点线圈电流值的对应持续时间。时间常数取决于外部磁场以及线圈电阻的变化。
时间常数可以从施加或切换线圈电压后线圈电流的上升确定。为此目的，例如，可以用拟合函数拟合线圈电压变化后的线圈电流的大体非线性的时间历程，并且可以考虑线圈电阻和线圈电压来确定时间常数。拟合函数具有指数函数，指数函数包括具有时间常数的指数。可替代地，可以确定直到线圈电流采取预定义的线圈电流设定点值为止所需的时间段，并且可以确定时间常数为所述时间段的函数。时间常数与第一电压的乘积等于自感与线圈电流的乘积。因此，取决于所确定的时间常数，控制第一电压或第一电压的平方，使得时间常数与第一电压或第一电压的平方的乘积是恒定的。
一个实施例规定，时间间隔各自具有第二时间子间隔，其中，特别是在第二时间子间隔上恒定的第二电压被施加到用于产生磁场的设备，
其中，第二电压大于第一电压，
其中，第一时间子间隔在电压曲线中跟在第二时间子间隔之后，
其中，第二时间子间隔的持续时间短于第一时间子间隔的持续时间。
一个实施例规定，第一电压与第二电压的商在电压曲线上是恒定的，
其中，受控操作信号参数特别是仅包括第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，
其中，第二时间子间隔的持续时间是可变且可控的变量，
其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同，
其中，控制函数取决于第二时间子间隔的持续时间与取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数的乘积。
通过确定第一电压与第二电压的商，得到简化的控制。通过将取决于第二时间子间隔的持续时间与第一电压的乘积的函数确定为操作信号参数，可以实现减少对干涉场和温度影响的敏感性。特别是通过控制第二时间子间隔和第一电压的可变和可控持续时间，特别是取决于第一电压并且优选是第一电压的平方的函数，使得两个参数之间的乘积恒定，可以实现具有特别高的不敏感性和快速反应时间的磁感应流量测量设备。另外，自感的连续监测不是必要的。已经发现，作为根据本发明的实施例的结果，其中取决于第二时间子间隔的持续时间与第一电压的乘积的函数保持恒定或被调整到设定点，取决于自感的自感值以及线圈电流的线圈电流值或其乘积的函数也保持恒定。由于第一电压与第二电压的商是恒定的，所以取决于第一电压的函数将等同于取决于第二电压的函数。
控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间，使得在定义的时间点，例如，在其中确定感应的测量电压的测量阶段开始时，或者在测试变量与测试设定点值之间的差异最小的时间段中。测试变量可以是线圈电流的测得值，线圈电流历程上的总和或积分，或者取决于线圈电流的函数。不同时间子间隔的测试设定点值可能不同。可替代地，控制器电路可以被设计和配置成控制第二时间子间隔的持续时间，使得在第一时间子间隔开始之后建立的线圈电流的持续时间最小。
一个实施例规定，取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数与第二时间子间隔的持续时间成反比例。
这可以通过同时控制第二时间子间隔的持续时间和控制第一电压或第一电压的平方来实现。
一个实施例规定，第二电压在时间间隔上是恒定的，
其中，至少一个受控操作信号参数包括第二时间子间隔的持续时间和取决于第一电压特别是第一电压的平方的函数，
其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同，
其中，控制函数取决于第二时间子间隔的持续时间与取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数的乘积。
控制函数还可以取决于第二时间子间隔的最大线圈电流值和在第一时间子间隔期间确定的线圈电流值。
控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间和第一电压——特别是取决于第一电压并且优选地第一电压的平方的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同。因而实现了取决于自感的自感值和取决于线圈电流的线圈电流值或其乘积的函数也在测量阶段中采取预定义的设定点值。
一个实施例规定，取决于第一电压——特别是第一电压的平方——的函数与第二时间子间隔的持续时间成反比例，
其中，取决于第一电压特别是第一电压的平方的函数也取决于ln((Ushot+Uhold)/(Ushot-Uhold))，特别是成比例的。
第二电压可以被选定为恒定的或与第一电压成恒定比率。然而，根据优选实施例，第二电压是可控变量。例如，第二电压可以被控制成使得第二时间子间隔的持续时间尽可能小，即，直到磁场采取稳定状态的持续时间尽可能短。
一个实施例规定，线圈电流在时间间隔中，特别是在第一时间子间隔中，采取最大线圈电流值，
其中，最大线圈电流值和在第一时间子间隔期间确定的线圈电流值的商是恒定的。
该实施例简化了控制，因为除了恒定的第二电压之外，最大线圈电流值与在第一时间子间隔期间确定的线圈电流值的商保持恒定。为此，线圈电流经由测量电路确定，并被提供给控制器电路。
一个实施例规定，线圈电流在时间间隔中，特别是在第一时间子间隔中，采取最大线圈电流值，
其中，至少一个受控操作信号参数包括第二时间子间隔的持续时间和取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，
其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，使得控制函数不与设定点值不同，
其中，控制函数取决于第二时间子间隔的持续时间与取决于第一电压和最大线圈电流值的函数的乘积。
一个实施例规定，第二时间子间隔的持续时间、取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数以及取决于第二电压的函数各自是可变且可控的变量，
其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间、取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，以及取决于第二电压的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同，
其中，控制函数取决于依赖于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，取决于依赖于第二电压的函数，并且取决于第二时间子间隔的持续时间。
一个实施例规定，取决于第一电压的函数包括第一电压与线圈电流值的乘积。
在这种情况下，第一电压被控制成使得第二时间子间隔的持续时间、测得线圈电流值以及第一电压的乘积恒定。
一个实施例规定，磁感应流量测量设备包括：
-评估电路，该评估电路被配置成确定取决于自感值的函数的实际值。
因而可以检查取决于自感的自感值和线圈电流的线圈电流值的平方的函数是否不与预定义的设定点值不同。
取决于自感值的函数的实际值可以例如从围绕线圈电流零点的线圈电流的上升来确定。在这种情况下，电阻近似为零，热影响可以忽略不计。为了避免涡电流效应，取决于自感值的函数的实际值可以在其中线圈电流由于线圈电压的切换或变化而过冲并且随后减小的时间段中确定。在过冲期间，涡电流的时间变化低。
取决于自感值的函数例如可以是用于产生磁场的设备的自感。
一个实施例规定，测量电路被配置成确定在用于产生磁场的设备处施加的线圈电压的当前实际值，
其中，施加的线圈电压的当前实际值，特别是施加的线圈电压的当前实际值的平方，进入控制函数。
受控第一电压和实际施加到线圈上的线圈电压的比较引起磁感应流量测量设备的准确性进一步提高。因而，第一电压不被盲目地控制，这引起例如在用于产生磁场的设备上的与老化相关的效应可以通过控制来补偿。
一个实施例规定，测量电路被配置成确定用于产生磁场的设备的电阻的当前实际值，
其中，控制函数包括取决于第一电压的平方并且取决于电阻的实际值——特别是取决于第一电压的平方与电阻的实际值的商——的函数。
一个实施例规定，控制器电路被配置成如果实际值在时间间隔tN中与设定点值不同，则改变第二电压，使得与设定点值的偏离在时间上随后的时间间隔tN+M中较小，
其中，N是自然数，且M≥1，特别地，M＝1或M＝2。
一个实施例规定，控制器电路被配置成如果实际值在时间间隔tN中与设定点值不同，则改变第一电压，使得与设定点值的偏离在时间上随后的时间间隔tN+M中较小，
其中，N是自然数，且M≥1，特别地，M＝1或M＝2。
一个实施例规定，控制器电路被配置成如果实际值在时间间隔tN中与设定点值不同，则改变第一电压与第二电压的商，使得差异在时间上随后的时间间隔tN+M中较小，
其中，N是自然数，且M≥1，特别地，M＝1或M＝2。
一个实施例规定，控制器电路被配置成如果线圈测试电流值或取决于线圈测试电流值的测试变量在时间间隔tN中与设定点值不同，则改变第二时间间隔的持续时间，使得差异在时间上随后的时间间隔tN+M中较小，
其中，N是自然数，且M≥1，特别地，M＝1或M＝2。
一个实施例规定，将被设计为磁感应流量计的磁感应流量测量设备包括用于传导可流动介质的测量管，
其中，用于产生磁场的设备被布置在测量管的外表面上。
一个实施例规定，将被设计为待引入到管道的侧向开口中的磁感应流量测量探头的磁感应流量测量设备包括将被供应有介质的外壳，
其中，用于分接在可流动介质中感应的测量电压的设备被布置在为此目的而设置在外壳中的容座中，
其中，用于产生磁场的设备被布置在外壳中。
附图说明
参考附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的磁感应流量计的实施例；
图2示出了电压的历程和穿过线圈布置的对应产生的磁场的第一实施例；
图3示出了电压的历程和穿过线圈布置的对应产生的磁场的第二实施例；以及
图4示出了根据本发明的磁感应流量测量探头的部分截面实施例的透视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的磁感应流量计1的实施例的横截面。磁感应流量计1的结构和测量原理在原则上是已知的。具有导电性的可流动介质传导通过测量管2。测量管2包括载体管3，该载体管3通常由钢、陶瓷、塑料或玻璃相同地形成或者至少包括钢、陶瓷、塑料或玻璃。在载体管3上布置有用于产生磁场的设备5，使得磁场线基本垂直于由测量管轴线限定的纵向方向定向。用于产生磁场的设备5包括鞍形线圈或线圈6。线圈芯14通常延伸穿过线圈6的容座15。容座15应被理解为意指由形成线圈6的线圈导线限定的体积。线圈6的容座15因而可以由线圈保持器或由假想的封闭体积形成。上述假想的封闭体积发生在线圈6的线圈导线直接缠绕在线圈芯14上时。线圈芯14由磁性传导的、特别是软磁性材料形成。用于产生磁场的设备5包括极靴21，该极靴21被布置在线圈芯14的一端处。极靴21可以是单独部件或者可以整体地连接到线圈芯14。在图1所描绘的实施例中，两个沿直径布置的线圈6.1、6.2各自具有线圈芯14.1、14.2和极靴21.1、21.2。该两个线圈芯14.1、14.2经由场返回部(field return)22彼此连接。场返回部22分别将线圈芯14.1、14.2的彼此相反面向的侧面连接起来。然而，具有恰好一个具有线圈芯且没有场返回部的线圈的磁感应流量计也是已知的。线圈6连接到用操作信号操作线圈6的操作电路7。操作信号可以是具有时间可变曲线的电压并且由操作信号参数表征，其中，操作信号参数中的至少一个是可控的。由用于产生磁场的设备5建立的磁场由通过操作电路7时钟控制的交变极性的直流电流产生。这确保了稳定零点，并使测量对由于电化学干扰产生的影响不敏感。该两个线圈6.1、6.2可以单独地连接到操作电路7或者彼此串联或并联连接。
在施加磁场时，在测量管2中产生取决于流量的电势分布，该电势分布例如可以以感应的测量电压的形式来检测。在测量管2上布置有用于分接感应的测量电压的设备8。在所示实施例中，用于分接感应的测量电压的设备8由两个相对布置的测量电极17、18形成，以与介质形成流电接触。然而，还已知的是磁感应流量计，该磁感应流量计包括被布置在载体管3的外壁上的不与介质接触的测量电极。测量电极17、18通常沿直径布置并形成电极轴线，或者被垂直于磁场线延伸的横向轴线以及测量管2的纵向轴线相交。然而，还已知用于分接感应的测量电压的设备8，该设备8具有两个以上的测量电极。可以在测得测量电压的基础上确定取决于流率的测得变量。取决于流率的测得变量包括介质的流率、体积流量和/或质量流量。测量电路8被配置成检测被施加到测量电极17、18的感应的测量电压，并且评估电路24被设计成确定取决于流率的测得变量。
载体管3通常由诸如钢的导电材料形成。为了防止被施加到第一测量电极2和第二测量电极3的测量电压经由载体管3传导走，内壁衬有绝缘材料，例如，(塑料)衬里4。
市售的磁感应流量计除了测量电极17、18之外还具有两个进一步的电极19、20。一方面，理想地在测量管2中的最高点处附接的填充水平监测电极19用于检测测量管1的部分填充，并且被配置成将该信息传递给用户和/或在确定体积流量时考虑填充水平。此外，通常沿直径附接到填充水平监测电极19或在测量管横截面的最低点处的参考电极20用于在介质中建立受控电势。通常，参考电极20用于将流动介质连接到地电势。
操作电路7、控制器电路10、测量电路23和评估电路24可以是单个电子电路的一部分或者可以形成个别电路。
操作电路7被配置成向线圈布置施加用于第一时间子间隔的第一电压和用于第二时间子间隔的第二电压。第二电压大于第一电压。另外，在单个时间间隔中，第一时间子间隔跟在第二时间子间隔之后。第一时间子间隔的持续时间大于第二时间子间隔的持续时间。第二时间子间隔的持续时间为可控变量。第一电压也是如此。图2和图3示出了操作信号的可能实施例。
根据本发明，控制器电路10被配置成控制操作信号的操作信号参数之一，使得取决于自感的自感值和线圈电流的线圈电流值平方的函数不与预定义的设定点值不同。控制器电路10优选地被配置成控制操作信号参数之一，使得自感值与线圈电流值的平方的乘积不与预定义的设定点值不同。为此目的，控制第一电压或第一电压的平方和第二时间子间隔的持续时间，使得取决于第一电压和第二时间子间隔的持续时间的变量不与设定点值不同。在存在差异的情况下，由于磁干涉场或温度影响，调整两个控制参数，直到差异再次最小。第二时间子间隔的持续时间被控制为使得线圈电流的变化在测量阶段尽可能低，即，使得测量阶段中的磁场已经建立。用于产生磁场的设备的自感的变化引起当施加第二电压时线圈电流的上升的变化。通过控制第一电压使得受控变量采取设定点值来对第二时间子间隔的持续时间的调整作出反应。
图2示出了操作信号和对应产生的通过线圈的磁场的第一实施例。根据本发明，操作信号包括具有时间可变曲线12的电压，该时间可变曲线12被划分成时间间隔t。施加的电压的符号在连续的时间间隔t中变化。图2中所示的操作信号包括时间间隔t，每个时间间隔t具有第一时间子间隔thold，其中在该第一时间子间隔thold的整个持续时间上向线圈布置施加基本恒定的第一电压Uhold。在第一时间子间隔thold中确定用于确定取决于流率的测得变量而感应的检测到的测量电压。根据第一实施例，控制器电路被配置成控制时间间隔t的第一电压Uhold，使得取决于自感L的自感值并且取决于线圈电流I的线圈电流值的平方(特别是所提到的两个值的乘积)的函数不与预定义的设定点值不同。根据本发明，第一电压Uhold是时间可变且可控的变量。线圈电流上升由时间常数表征，该时间常数可以经由测量电路确定。可以控制第一电压Uhold，使得取决于时间常数和第一电压Uhold特别是第一电压Uhold的平方的乘积的变量不与预定义的设定点值不同。因而确保受控变量不与设定点值不同，其中，设定点值具有磁场能量的单位。
图3示出了操作信号和通过用于产生磁场的设备的所产生磁场的第二实施例。根据本发明，操作信号包括具有时间可变曲线12的电压，该时间可变曲线12被划分成时间间隔t。施加的电压的符号在连续的时间间隔t中变化。图2中所示的操作信号包括时间间隔t，每个时间间隔t具有第一时间子间隔thold，其中在该第一时间子间隔thold的整个持续时间上向线圈施加基本恒定的第一电压Uhold。在第一时间子间隔thold中确定用于确定取决于流率的测得变量而感应的检测到的测量电压。另外，时间间隔t各自具有第二时间子间隔tshot，其中将特别是在第二时间子间隔tshot的整个持续时间上恒定的第二电压Ushot施加到线圈。第二电压Ushot大于第一电压Uhold。第一时间子间隔thold在电压曲线中跟在第二时间子间隔tshot之后。另外，第二时间子间隔tshot的持续时间小于第一时间子间隔thold的持续时间。第二时间子间隔tshot的持续时间是时间可变且可控的。第一电压Uhold也是如此。
第一电压Uhold和第二电压Ushot可以被设定成使得第一电压Uhold与第二电压Ushot之间的比率在整个曲线12上是恒定的。这意味着，当控制第一电压Uhold时，第二电压Ushot也被自动地依变化按比例地进行调整。可替代地，第二电压Ushot可以在整个曲线12上采取恒定值。在这种情况下，取决于第一电压(Uhold)特别是第一电压(Uhold)的平方的函数与第二时间子间隔(tshot)的持续时间成反比例，并且取决于第一电压(Uhold)特别是第一电压(Uhold)的平方的函数同样地取决于ln((Ushot+Uhold)/(Ushot-Uhold))或者与其成比例。
根据有利实施例，第二电压Ushot也可以是可控变量。除了控制第一电压Uhold之外，第二时间子间隔tshot的持续时间被控制为使得取决于测试变量的变量的确定值在第二时间子间隔tshot的持续时间内采取测试设定点值。变量可以是例如针对预定义时间段的测试变量的测得值的总和或积分。控制上述两个控制参数，使得取决于第一电压Uhold或第一电压Uhold的平方与第二时间子间隔tshot的持续时间的乘积的函数不与预定义的设定点值不同。取决于第一电压Uhold的函数与第二时间子间隔tshot的持续时间成反比例。测试变量可以是线圈电流的测得值、线圈电流的时间分布曲线和/或取决于线圈电流的变量。
控制器电路被配置成，如果线圈测试电流值或取决于线圈测试电流值的测试变量在时间间隔tN中与设定点值不同，则改变第二时间子间隔tshot的持续时间，使得差异在时间上随后的时间间隔tN+M中较小，其中，M≥1。控制器电路还被配置成，如果实际值在时间间隔tN中与设定点值不同，则改变第一电压Uhold或第一电压Uhold的平方，使得与设定点的偏离在时间上随后的时间间隔tN+M中较小，其中，M≥1。然而，必须满足上面列出的至少一个条件。控制器电路可以被配置成控制进一步的变量和/或函数。
根据进一步实施例，测量电路被配置成在第一时间子间隔thold中确定最大线圈电流值Imax，并且控制取决于第二时间子间隔tshot的持续时间和第一电压Uhold特别是第一电压Uhold的平方的函数,使得控制函数不与预定义的设定点值不同，其中，控制函数取决于第二时间子间隔tshot的持续时间与取决于第一电压Uhold和最大线圈电流值Imax的函数的乘积。
可替代地，控制器电路可以被配置成控制操作信号参数中的至少一个，使得取决于最大线圈电流值Imax与在第一时间子间隔thold期间确定的线圈电流值Ihold的商的控制变量在操作信号上是恒定的。
可替代地，第二时间子间隔(tshot)的持续时间、取决于第一电压(Uhold)特别是第一电压(Uhold)的平方的函数，以及取决于第二电压(Ushot)的函数各自是可变且可控的变量。在这种情况下，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔(tshot)的持续时间、取决于第一电压(Uhold)特别是第一电压(Uhold)的平方的函数，以及取决于第二电压(Ushot)的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同。控制函数取决于依赖于第一电压(Uhold)特别是第一电压(Uhold)的平方的函数，取决于依赖于第二电压(Ushot)的函数，并且取决于第二时间子间隔(tshot)的持续时间。取决于第一电压(Uhold)的函数可以包括第一电压(Uhold)与线圈电流值的乘积。
可替代地或另外地，评估电路可以被配置成确定取决于自感值的函数的实际值。如果自感的实际值是已知的，则可以考虑线圈电流特别是线圈电流的平方而确定受控变量。如果与设定点值不同，则调整第一电压Uhold，特别是第一电压Uhold的平方和/或第二时间子间隔tshot的持续时间。
可替代地或另外地，测量电路可以被配置成确定在用于产生磁场的设备(5)处施加的线圈电压的当前实际值。所述值然后进入控制函数。因而，电压不仅被盲目地施加到线圈布置上，而且被监测。
可替代地或另外地，测量电路可以被配置成确定用于产生磁场的设备(5)的电阻的当前实际值。在那种情况下，控制函数包括取决于第一电压(Uhold)的平方和电阻的实际值，特别是取决于第一电压(Uhold)的平方与电阻的实际值的商的函数。如果电阻变化，例如由于线圈布置的老化或用于产生磁场的设备的温度的变化，则必须重新调整第一电压Uhold和/或第二时间子间隔tshot的持续时间。
图3中所示的两条曲线是高度简化的方案。磁场通常在第二时间子间隔之后建立。
首先，本发明所基于的测量原理是在图4的透视和部分截面图示的基础上解释的。流量测量探头101包括具有预定义外径的大体圆柱形外壳102。所述外壳适于孔的直径，该孔位于流量测量探头101以流体密封方式插入其中的管线的壁中(图4中未示出)。待测量的介质在管线中流动，并且流量测量探头101浸入到所述介质中，实际上垂直于由波浪箭头118指示的介质的流动方向。外壳102的突出到介质中的前端116以流体密封方式与由绝缘材料制成的前主体115密封。通过被布置在外壳102中的线圈布置106，可以产生穿过端部部分延伸进入到介质中的磁场109。至少部分地由软磁性材料构成并被布置在外壳102中的线圈芯111终止于端部部分116处或其附近。围绕线圈布置106和线圈芯111的场返回体114被配置成使得从端部部分延伸穿过的磁场109返回到外壳102中。线圈芯111、极靴112和场返回体114各自是场导体110，它们共同形成场导布置105。与待传导的介质形成流电接触的第一测量电极103和第二测量电极104形成用于检测在介质中感应的测量电压的设备，并且该第一测量电极103和第二测量电极104被布置在前主体115中并且像外壳的外壁一样接触介质。可以通过测量和/或评估单元在测量电极103、104处分接由于法拉第感应定律而感应的电压。如果流量测量探头101安装在管线中，使得由与该两个测量电极103、104相交的直线和流量测量探头的纵向轴线所跨越的平面垂直于流动方向118或管线的纵向轴线延伸，则电压最大。操作电路107电连接到线圈布置106，特别是连接到线圈113，并且被配置成向线圈113施加时钟操作信号以便因而产生时钟磁场109。控制器电路120被配置成控制操作信号的操作信号参数中的至少一个，使得取决于自感的自感值和线圈电流的线圈电流值特别是线圈电流的平方的函数不与预定义的设定点值不同。根据一个实施例，取决于第一电压Uhold特别是第一电压Uhold的平方以及第二时间子间隔tshot的持续时间的函数被控制成使得两者以彼此成反比例的方式表现。可替代地，在控制函数的确定中考虑线圈布置的确定的电阻R，或者考虑例如在测量阶段期间确定的线圈电流。
附图标记列表
磁感应流量计 1
测量管 2
载体管 3
衬里 4
用于产生磁场的设备 5
线圈 6
操作电路 7
用于分接感应的测量电压的设备8
控制器电路 10
操作信号 11
曲线 12
线圈芯 14
线圈的容座 15
测量电极17
测量电极18
填充水平监测电极19
参考电极 20
极靴 21
场返回部 22
测量电路 23
评估电路 24
线圈布置 25
磁感应流量测量探头 101
外壳 102
测量电极 103
测量电极 104
场导布置 105
线圈布置 106
操作电路 107
磁场 109
场导体 110
线圈芯 111
极靴 112
线圈 113
场返回体 114
前主体 115
端部部分 116
介质的流动方向 118
控制器电路 120
Claims (16)
1.一种用于确定可流动介质的取决于流率的测得变量的磁感应流量测量设备，包括：
-用于产生磁场的设备(5)，
其中，用于产生所述磁场的所述设备包括线圈布置(25)；
-用于特别是通过两个优选地沿直径布置的测量电极(17、18)分接在所述可流动介质中感应的测量电压的设备(8)；
-操作电路(7)，所述操作电路(7)被配置成将操作信号(11)，特别是电压信号(12)，施加到所述线圈布置(25)，
其中，所述操作信号(11)具有操作信号参数；以及
-控制器电路(10)，所述控制器电路(10)被配置成控制所述操作信号参数中的至少一个，使得受控变量不与预定义的设定点值不同，
其中，所述设定点值包括成比例大小的磁场能量。
2.根据权利要求1所述的磁感应流量测量设备，包括：
-测量电路(23)，所述测量电路(23)被配置成确定所述线圈布置的线圈电流(I)，
其中，用于产生磁场的所述设备(5)具有自感(L)，
其中，所述受控变量取决于所述自感(L)的自感值与所述线圈电流(I)的线圈电流值的平方的乘积。
3.根据权利要求1和/或2所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述操作信号(11)具有电压曲线(12)，所述电压曲线(12)特别是随时间可变并且被划分成时间间隔(t)，
其中，所述电压曲线(12)的符号在连续的时间间隔(t)中交替，
其中，所述时间间隔(t)各自具有第一时间子间隔(thold)，在所述第一时间子间隔(thold)中向用于产生所述磁场的所述设备(5)施加特别是在整个所述第一时间子间隔(thold)上恒定的第一电压(Uhold)。
4.根据权利要求3所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述测量电路(23)被配置成在所述第一时间子间隔(thold)期间测量所述线圈电流值，
其中，所述受控操作信号参数包括取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，或者是所述第一电压(Uhold)，特别是所述第一电压(Uhold)的平方。
5.根据权利要求3和/或4所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述时间间隔(t)各自具有第二时间子间隔(tshot)，在所述第二时间子间隔(tshot)中向用于产生所述磁场的所述设备(5)施加特别是在所述第二时间子间隔(tshot)上恒定的第二电压(Ushot)，
其中，所述第二电压(Ushot)大于所述第一电压(Uhold)，
其中，所述第一时间子间隔(thold)在所述电压曲线(12)中跟在所述第二时间子间隔(tshot)之后，
其中，所述第二时间子间隔(tshot)的持续时间短于所述第一时间子间隔(thold)的持续时间。
6.根据前一权利要求所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述第一电压(Uhold)与所述第二电压(Ushot)的商在所述电压曲线(12)上是恒定的，
其中，所述受控操作信号参数特别是仅包括所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间以及取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，
其中，所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间是可变且可控的变量，
其中，所述控制器电路被配置成控制所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间以及取决于所述第一电压(Uhold)的函数，使得控制函数不与所述预定义的设定点值不同，
其中，所述控制函数取决于所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间与取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数的乘积。
7.根据前一权利要求所述的磁感应流量测量设备，
其中，取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数与所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间成反比例。
8.根据权利要求5所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述第二电压(Ushot)在所述时间间隔(t)上是恒定的，
其中，所述至少一个受控操作信号参数包括所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间和取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，
其中，所述控制器电路被配置成控制所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间以及取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，使得控制函数不与所述预定义的设定点值不同，
其中，所述控制函数取决于所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间与取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数的乘积。
9.根据前一权利要求所述的磁感应流量测量设备，
其中，取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数与所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间成反比例，
其中，取决于所述第一电压(Uhold)——特别是所述第一电压(Uhold)的平方——的函数也取决于ln((Ushot+Uhold)/(Ushot-Uhold))，特别是成比例的。
10.根据权利要求8所述的磁感应流量测量设备，
其中，线圈电流在所述时间间隔(t)中，特别是在所述第一时间子间隔(thold)中，采取最大线圈电流值(Imax)，
其中，所述最大线圈电流值(Imax)与在所述第一时间子间隔(thold)期间确定的线圈电流值(Ihold)的商是恒定的。
11.根据权利要求5所述的磁感应流量测量设备，
其中，线圈电流在所述时间间隔(t)中，特别是在所述第一时间子间隔(thold)中，采取最大线圈电流值(Imax)，
其中，所述至少一个受控操作信号参数包括所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间和取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，
其中，所述控制器电路被配置成控制所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间以及取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，使得控制函数不与所述设定点值不同，
其中，所述控制函数取决于所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间与取决于所述第一电压(Uhold)和所述最大线圈电流值(Imax)的函数的乘积。
12.根据权利要求5所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间、取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数以及取决于所述第二电压(Ushot)的函数各自是可变且可控的变量，
其中，所述控制器电路被配置成控制所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间、取决于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数以及取决于所述第二电压(Ushot)的函数，使得控制函数不与所述预定义的设定点值不同，
其中，所述控制函数取决于依赖于所述第一电压(Uhold)——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方——的函数，取决于依赖于所述第二电压(Ushot)的函数，并且取决于所述第二时间子间隔(tshot)的所述持续时间。
13.根据前述权利要求中的至少一项所述的磁感应流量测量设备，
其中，取决于所述第一电压(Uhold)的函数包括所述第一电压(Uhold)与所述线圈电流值的乘积。
14.根据前述权利要求中的至少一项所述的磁感应流量测量设备，包括：
-评估电路，所述评估电路被配置成确定取决于所述自感值的函数的实际值。
15.根据前述权利要求中的至少一项所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述测量电路被配置成确定在用于产生所述磁场的所述设备(5)处施加的线圈电压的当前实际值，
其中，施加的线圈电压的所述当前实际值，特别是施加的线圈电压的所述当前实际值的平方，进入所述控制函数。
16.根据前述权利要求中的至少一项所述的磁感应流量测量设备，
其中，所述测量电路被配置成确定用于产生所述磁场的所述设备(5)的电阻的当前实际值，
其中，所述控制函数包括取决于所述第一电压(Uhold)的平方并且取决于所述电阻的实际值——特别是取决于所述第一电压(Uhold)的平方与所述电阻的实际值的商——的函数。
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