CN1829901A - 用于磁感应确定介质流速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁感应方法，用于确定在测量管(2)轴线方向流经测量管的介质的流速。为了能够早期并高度可靠地识别测量电极上的沉淀形成，向测量电极(3，4)发出具有确定脉冲长度(t_P)的测试脉冲(U_P)；对于至少两个测量时间点(t₁，t₂)确定对于测试脉冲(U_P)的至少一个应答信号，其中测量时间点(t₁，t₂)在时间窗(t_END－t_BEGIN)中，选择该时间窗，使得在这个时间窗(t_END－t_BEGIN)中在测量电极(3，4)上不发生可预测的干扰信号。基于在测量时间点(t₁，t₂)中确定的应答信号，确定张弛时间(τ)或者测量电极(3，4)达到预定放电状态(U_i)所需的时间长度；根据确定的张弛时间(τ)，或者根据测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度，识别或能够识别测量电极(3，4)的故障。

Description

用于磁感应确定介质流速的方法

技术领域

本发明涉及一种方法，用于磁感应确定在测量管轴线方向流经测量管的介质的流速，其中磁场基本垂直于测量管轴线地切割测量管，其中在基本垂直于测量管轴线布置的至少一个测量电极中感应测量电压，并且其中感应的测量电压提供关于测量管中的介质的体积流量的信息。另外，本发明涉及相应的装置。

背景技术

磁感应流量测量仪表使用电磁感应原理用于体积流量测量：垂直于磁场移动的介质的载流子在同样基本上垂直于介质流动方向布置的测量电极中感应电压。这个在测量电极中感应的电压与在管道横截面上的平均介质流速成比例；因而，它与体积流量成比例。

测量电极与介质电流耦合或电容耦合。如果测量电极接触介质，那么随着时间流逝而在测量电极的表面上形成沉淀。这种沉淀形成的结果是流量测量仪表故障。如果沉淀由不导电材料组成，那么流量测量仪表不再发送任何测量值。

尽管在下文中，都是将在测量电极上的沉淀形成作为流量测量仪表的故障原因或停机原因而进行说明，但是本发明也可以广泛应用于可能在磁感应流量测量仪表中产生的其它故障的识别。

为了从测量电极消除不期望的导电材料沉淀，EP 0 337 292提出通过施加直流或交流电压而以预定时间间隔清洁测量电极。尽管自动清洁测量电极比手动执行清洁具有显著的优点，已知的测量电极自动清洁还具有缺点：首先，它不能广泛应用于所有材料的沉淀，仅适用于消除导电沉淀。另外，自动清洁是预防性地以预定时间间隔进行的；因而不能保证清洁发生在确实需要的时间点。

由于众多原因，测量电极的预防性清洁是不期望的：由于测量电压必须首先在测量电极上再次升高，所以对于在清洁程序之后的一段时间不可能进行体积流量测量。另外，由于在清洁的时间点，沉淀形成的程度在很大程度上是未知的，所以用于清洁测量电极的电流供应在严格预定的时间周期内发生。于是，在完成自动清洁之后是否确实达到测量电极的最佳状态只能靠运气或者操作人员的相关经验。在正常情况中，在自动清洁之后，或者在测量电极上仍然有沉淀，或者因为施加清洁电压的时间超过需要而令测量电极已经被破坏。

更严重的问题是，当作为预防而必须除去测量电极的不导电沉淀时，测量过程中断。流量测量仪表的停工期在这种情况中更大，因为消除不导电沉淀只能通过机械方法进行；即，流量测量仪表必须被卸载并且测量电极必须被手动清洁。

从EP 1 108 988 A1已知一种关于如何精确地自动识别沉淀形成的解决方案，以根据需要将该沉淀从测量电极移除。为此，将确定的测试信号发送至测量电极；根据确定测试信号的应答信号和/或根据由确定测试信号的应答信号而确定的参考量，确定测量电极是否发送正确的测量值。为了简化，下面将确定测试信号的应答信号和/或由确定测试信号的应答信号而确定的参考量称为实际值。通过根据本发明的方法，较早识别到流量测量仪表逐渐接近故障，从而随后可以有针对性地作用于它。特别地，在这个公开文本中，将每个实际值与预定的期望值比较，并当实际值偏离期望值时，显示、输出和/或存储故障。

已知的技术方案提供了在许多方面的期望的成功。然而，当在测量电极处测试信号的应答信号的张弛时间超过测量周期的持续时间时，发生测量误差和错误解释。由于在测量周期后切换磁场，所以会发生调节/分析单元用信号通知达到期望值的情况；然而实际上，假定的实际值并不指示超过可容许的沉淀形成，而是源自在测量电极上不同电压值的重叠。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和装置，其特征在于可靠地识别磁感应流量测量仪表的沉淀形成。

根据本发明的方法这样实现这个目的：向测量电极发出具有确定脉冲长度的测试脉冲；对于至少两个测量时间点确定对于测试脉冲的至少一个应答信号；测量时间点在时间窗中，选择该时间窗，使得在这个时间窗中在测量电极上不发生可预测的干扰信号；基于在测量时间点中确定的应答信号，确定张弛时间或者测量电极达到预定放电状态所需的时间长度；并且根据确定的张弛时间，或者根据测量电极达到确定放电状态所需的时间长度，识别或能够识别测量电极的故障。

根据本发明的方法的具有优点的进一步发展，由测量电极上没有发生由沉积物引起的故障而定义开始状态，在开始状态中，确定张弛时间或者测量电极达到确定放电状态所需的时间长度，并且将这样确定的张弛时间或测量电极达到确定放电状态所需的时间长度作为期望值而存储。

在根据本发明的方法的具有优点的实施例中，向测量电极施加具有预定或可预定脉冲长度和/或具有预定或可预定脉冲重复频率的测试脉冲。特别地，依赖于测量位置的条件，特别是依赖于测量介质而预定或确定测试脉冲的脉冲长度和/或测试脉冲的脉冲重复频率。

另外，在根据本发明的方法的具有优点的实施例中，根据张弛时间的时间改变，或者根据测量电极达到确定放电状态所需的时间长度的改变，识别测量电极是否正确工作或者测量电极是否存在故障。

另外，在根据本发明的方法的实施例中，当张弛时间的时间改变或者测量电极达到确定放电状态所需的时间长度的改变超过期望值容许范围之外，或者当张弛时间或者测量电极达到确定放电状态所需的时间长度有倾向地改变时，显示和/或发出故障或者对即将到来故障的提示。

已经发现，如果选择时间窗使得它位于测试脉冲施加至待测测量电极的时间点之后，并且位于在待测测量电极处切换磁场的时间点之前，将是特别具有优点的。在这个前面所述的时间窗之内，保证不会由于磁场布置的磁场切换而在测量电极处发生电势改变。

关于根据本发明的方法，另外还提出，对于由于在测量电极上形成导电沉淀而发生故障的情况，一旦显示和/或发出故障，就启动测量电极的自动清洁。对于由于在测量电极上形成导电或非导电沉淀而发生故障的情况，例如产生相应的显示和/或输出，指示测量电极需要被清洁。特别地，利用施加直流或交流电流而进行测量电极的自动清洁。

根据本发明的装置这样实现目的：调节/分析单元在至少两个测量时间点确定测试脉冲的至少一个应答信号，其中测量时间点在确定的时间窗内，其中这样选择时间窗，使得在这个时间窗中在测量电极上不发生可预测的干扰信号；并且调节/分析单元基于在预定的测量时间点中确定的应答信号，确定张弛时间或者测量电极达到预定放电状态所需的时间长度。

特别具有优点的是，测试脉冲是具有确定的和/或可确定的脉冲长度的矩形脉冲。

附图说明

现在根据附图详细解释本发明，附图中：

图1是本发明的装置的示意图；

图2说明了对于不同的沉淀形成，在测量电极上的电极电位的张弛特性。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的装置1的示意图。在本发明中没有特别显示的流量测量仪表的测量管2中沿测量管轴线10的方向流经同样没有特别显示的介质。介质是至少较小程度地导电的。测量管2本身由不导电材料制成，或者至少在其内侧涂覆不导电材料。作为通常由两个在直径上相对设置的电磁体(未显示)产生的垂直于介质流动方向的磁场的结果，介质中的载流子迁移到相对极性的测量电极3；4。在两个测量电极3、4之间产生的电压与测量管2的横截面上的平均介质流速成比例，即，它是测量管2中介质的体积流量的量度。通常，测量管2经由连接元件(未显示)与介质所流经的管道系统相连。

在所示的情况中，两个测量电极3、4与介质2直接接触，从而随着时间推移，在测量电极3、4上形成介质颗粒的沉淀11、12。这个沉淀形成自然影响在测量电极3、4上测量的感应电压的值。如果沉淀来自不导电材料，那么流量测量仪表完全不能再工作。

为了将体积流量测量中的误差保持在预定的容限内，很长时间以来，通常在固定的预定时间长度之后清洁流量测量仪表的测量电极3、4。正如上面已经讨论的，这些基于经验确定的清洁过程之间的时间间隔具有严重的缺点。

连接线路5、6将测量电极3、4与调节/分析单元7相连。根据本发明，调节/分析单元7经由连接线路5、6向测量电极3、4发出测试脉冲U_P，在最简单的情况中，测试脉冲U_P是矩形脉冲。根据对应答信号的张弛特性的连续观察，可以识别在测量电极3、4上逐渐的沉淀形成。使用上面已经说明的合适的措施，可以处理这种沉淀形成。在从EP 1108 988 A1已知的技术方案的情况中，张弛时间τ意味着测试信号(例如，矩形脉冲U_P)的应答信号达到预定阈值U_i所需的时间间隔。正如已经提到的，这种已知方法的缺点在于，张弛时间τ的结束可能已经位于下一个测量周期中，而在下一个测量周期中磁场以及测量电极3、4上的电压具有相反的符号。由此，尽管作为测量电极3、4上的负电压和正电压的相应叠加的结果而低于预定阈值U_i，仍然可以作出对于发生容限之外的沉淀形成的指示。

通常，依赖于在尽可能干净的测量电极3、4的情况中的各个主导系统及过程条件而确定张弛时间τ的期望值。由于张弛时间τ依赖于过程及系统条件，所以当在过程本身中的“沉淀形成识别”被标定时是非常有优点的。这个标定是例如通过重复施加不同长度t_P的测试脉冲(例如矩形脉冲U_P)并且随后优选地根据本发明确定张弛时间τ而进行的。测试脉冲U_P的脉冲长度t_P改变，直至张弛时间τ位于确定的时间窗t_END-t_BEGIN内。根据本发明，这样选择这个时间窗t_END-t_BEGIN，使得不会发生可预测的干扰信号，例如在磁场的切换时间点附近出现的干扰信号。测试信号U_P的确定的脉冲长度t_P甚至幅度以及相关联的张弛时间τ被存储作为期望值。

为了执行根据本发明的方法，向测量电极3、4发送测试脉冲U_P，特别是具有先前确定的脉冲长度t_P的矩形脉冲；然后，在至少两个测量时间点t₁、t₂确定测试脉冲U_P的应答信号，其中测量时间点t₁、t₂位于时间窗t_END-t_BEGIN之内，正如上面已经提到的，这样选择时间窗，使得在这个时间窗t_END-t_BEGIN内，在测量电极3、4上不发生可预测的干扰信号。特别地，干扰信号由磁场的切换而引起。特别地，这样选择时间窗t_END-t_BEGIN，使得它位于达到在测量电极3、4上检测电压U的线性区域以及在测量周期结束处的测量时间点t_END之间。为了确定张弛时间τ，必须知道测量电极3、4上的两个电压值U₁、U₂。其中一个可以例如与测试脉冲U_P相同，而另一个是通过在较晚的测量时间点t₂测量而获得，其中测量时间点t₂位于时间窗t_END-t_BEGIN内。根据对于不同测量时间点t₁、t₂已知的和/或确定的电压值，确定张弛时间τ或者测量电极3、4达到预定放电状态U_i所需的时间长度；根据确定的张弛时间τ，或者根据测量电极3、4达到达到预定放电状态U_i所需的时间长度，识别或者能够识别测量电极3、4的故障，特别是由于沉淀形成而引起的故障。

对于两个测量时间点t₁、t₂是位于时间窗t_END-t_BEGIN内的任何测量时间点的情况，可以通过以下公式计算张弛时间τ，关于命名，参考图2：

$\mathrm{\τ}\≈\frac{\ln \left(\frac{U_2-U_i}{U_P}\right)-\ln \left(\frac{U_1-U_i}{U_P}\right)}{t_2-t_1}$

如果时间窗t_END-t_BEGIN的边缘是测量时间点t_BEGIN、t_END，那么公式变为：

$\mathrm{\τ}\≈\frac{\ln \left(\frac{U_{\mathrm{END}}-U_i}{U_P}\right)-\ln \left(\frac{U_{\mathrm{BEGIN}}-U_i}{U_P}\right)}{t_{\mathrm{END}}-t_{\mathrm{BEGIN}}}$

如果在用于沉淀形成识别的下一周期性测量中，确定测试脉冲的张驰时间τ的计算实际值在张驰时间τ期望值的一定的容限之外，那么在流量测量仪表的显示单元8上显示故障；作为另一种选择，在形成导电沉淀11的情况中，可以启动自动清洁过程。

根据本发明，当在测量电极3、4上发生的沉淀形成足够强，导致在测量电极3、4上的测量值的不可接受的破坏时，可以进行测量电极3、4的清洁或者关于需要测量电极3、4的清洁的显示。以这种方式，可以优化两个清洁步骤之间的时间长度：从而，一方面，在流量测量仪表发出错误的测量值之前，或者在不导电沉淀11的情况中在完全没有再发出测量值之前，执行清洁；另一方面，仅当确实需要时才进行清洁，并且不将清洁作为以根据经验而确定的一定时间间隔的预防性维护。

图2显示了在不同程度的沉淀形成的情况中，在测量电极3、4上的电极电位的张驰特性。将确定时间长度t_P的矩形脉冲U_P发送至测量电极3、4。调节/分析单元7根据在两个不同测量时间点t₁、t₂测量的电压值，计算张驰时间τ。这两个测量时间点t₁、t₂位于确定的时间窗t_END-t_BEGIN之内。

附图标记

1根据本发明的装置

2测量管

3测量电极

4测量电极

5连接线路

6连接线路

7调节/分析单元

8显示单元

9连接线路

10测量管轴线

11沉淀

Claims (12)

1.用于磁感应确定介质的流速的方法，该介质在测量管轴线的方向上流经测量管(2)，其中的磁场基本垂直于测量管轴线切割测量管(2)，其中在基本垂直于测量管轴线安排的至少一个测量电极(3，4)中感应测量电压，并且其中感应的测量电压传达有关在测量管(2)中的介质的体积流量的信息，其特征在于，

向测量电极(3，4)发出具有确定脉冲长度(t_P)的测试脉冲(U_P)；

在至少两个测量时间点(t₁，t₂)确定对于测试脉冲(U_P)的至少一个应答信号；

测量时间点(t₁，t₂)在时间窗(t_END-t_BEGIN)中，选择该时间窗，使得在这个时间窗(t_END-t_BEGIN)中在测量电极(3，4)上不发生可预测的干扰信号；

基于在测量时间点(t₁，t₂)中确定的应答信号，确定张弛时间(τ)或者测量电极(3，4)达到预定放电状态(U_i)所需的时间长度；以及

根据确定的张弛时间，或者根据测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度，识别或能够识别测量电极(3，4)的故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在开始状态中确定张弛时间或者测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度，该开始状态是根据测量电极(3，4)上没有发生由沉积物引起的故障而定义的；并且

将所确定的张弛时间(τ)或测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度存储作为期望值。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，向测量电极(3，4)施加具有预定或可预定脉冲长度(t_P)和/或具有预定或可预定脉冲重复频率的测试脉冲(U_P)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，依赖于测量位置的条件，特别是依赖于测量介质，预定或确定测试脉冲(U_P)的脉冲长度(t_P)和/或测试脉冲的脉冲重复频率。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据张弛时间(τ)的时间改变，或者根据测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度的改变，识别测量电极(3，4)是否正确工作或者测量电极(3，4)是否存在故障。

6.根据权利要求2或5所述的方法，其中，当张弛时间的时间改变或者测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度的改变在期望值周围的容许范围之外，或者当张弛时间(τ)或者测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度有倾向地改变时，显示和/或发出故障或者对即将到来故障的提示。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，选择时间窗t_END-t_BEGIN)，使得它位于测试脉冲(U_P)施加至待测测量电极(3，4)的时间点(t_P)之后，并且位于在待测测量电极(3，4)处切换磁场的时间点之前，

8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，对于由于在测量电极(3，4)上形成导电沉淀(11，12)而发生故障的情况，一旦显示和/或发出故障，就启动测量电极(3，4)的自动清洁。

9.根据权利要求1至7中任一条所述的方法，其中，对于由于在测量电极(3，4)上形成导电或不导电沉淀(11，12)而发生故障的情况，产生相应的显示和/或输出，指示测量电极(3，4)需要被清洁。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，通过施加直流或交流电流而进行测量电极(3，4)的自动清洁。

11.用于测量介质流量的装置，该介质在测量管轴线的方向上流经测量管(2)，所述装置包括：磁体布置，其产生切割测量管(2)并且基本横切于测量管轴线分布的磁场；测量电极布置，其提供依赖于流经测量管(2)的介质的流速的测量值；和调节/分析单元(7)，其根据测量值确定测量管(2)中的介质的流速，其特征在于，

调节/分析单元在至少两个测量时间点(t₁，t₂)确定测试脉冲(U_P)的至少一个应答信号，其中测量时间点在确定的时间窗(t_END-t_BEGIN)内；

这样选择时间窗(t_END-t_BEGIN)，使得在这个时间窗(t_END-t_BEGIN)中在测量电极(3，4)上不发生可预测的干扰信号；并且

调节/分析单元(7)基于在预定的测量时间点(t₁，t₂)测量的应答信号，确定张弛时间(τ)或者测量电极(3，4)达到确定放电状态(U_i)所需的时间长度。

12.根据权利要求9所述的装置，其中，测试脉冲是矩形脉冲(U_P)。

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