DE69223394T2

DE69223394T2 - Magnetisch-induktiver durchflussmesser für wasserfreispiegelleitung

Info

Publication number: DE69223394T2
Application number: DE69223394T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Room Yoshida
Original assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Current assignee: Aichi Tokei Denki Co Ltd
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 1998-03-26
Anticipated expiration: 2012-09-04
Also published as: EP0555493A1; EP0555493A4; EP0555493B1; DE69223394D1; WO1993005368A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Strömungsmesser zum Messen der Strömungsrate von Fluid in einer Leitung, die nicht voll ist.
JP-A-59-230115 beschreibt eine solche Einrichtung, in welcher Spulen oberhalb und unterhalb einer Leitung angeordnet sind und abwechselnd erregt werden, um auf der Basis der jeweiligen Ausgangsgrößen zu beurteilen, ob die Leitung voll ist.
Eine Konfiguration, in welcher Spulen, die in einem oberen und unteren Teil einer Leitung angeordnet sind, in Reihe verbunden sind, ist aus JP-A 52-48356 ersichtlich.
Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat einen elektromagnetischen Strömungsmesser zum Messen der Rate der Strömung, welche in einer Leitung in einem nichtvollen Zustand fließt, auf der Basis der Theorie des elektromagnetischen Strömungsmessers in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 3-5631 vorgeschlagen. Der obige Vorschlag wurde am 31. August 1993 nach der Veröffentlichung der vorliegenden Anmeldung in JP-A 5- 223605 offengelegt.
Die vorgeschlagene Technik hat eine solche Konfiguration, wie sie in Figur 1 gezeigt ist.
Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Leitung, welche im Querschnitt kreisförmig ist; 2, 2 bezeichnen ein Paar Elektroden, welche in lateral symmetrischen Positionen mit Bezug auf eine vertikale Linie, die durch das Zentrum der Leitung 1 hindurchgeht, angeordnet sind; und U und L bezeichnen Flußspulen, die jeweils an der oberen und unteren Seite der Leitung 1 vorgesehen sind, so daß sie abwechselnd erregt werden, um räumlich unterschiedliche und ungleichförmige Flußverteilungen in un terschiedlichen Perioden zu erzeugen. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Strömungsdetektor, der eine solche Struktur, wie sie oben erwähnt ist, hat.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Erregungsschaltung zum abwechselnden Erregen der oberen und unteren Erregungsspule U und L auf der Basis eines Signals einer Zeitsteuerungsschaltung 6. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Verstärker zum Verstärken einer zwischen dem Paar von Elektroden 2, 2 induzierten Spannung zum Bilden einer Ausgangsspannung, und S1 bezeichnet einen Umschaltschalter, welcher auf der Basis des Signals der Zeitsteuerungsschaltung 6 arbeitet. Der Umschaltschalter S1 arbeitet synchron mit einem Umschalt-Schalter S2, der dazu dient, die Erregungsperiode der beiden Erregungsspulen U und L zu ändern, so daß der Umschaltschalter S1 zu der a-Seite gewendet wird, wenn die obere Erregungsspule U erregt wird, und der Umschaltschalter S1 zu der b-Seite gewendet wird, wenn die untere Erregungsspule L erregt wird.
Die Bezugszeichen 8A und 8B bezeichnen Abtast- und Halteschaltungen, denen Ausgangsspannungen &epsi;U und &epsi;L von dem a- und b- Kontakt des Umschaltschalters 51 zugeführt werden, so daß sie die Spannungen &epsi;U bzw. &epsi;L abtasten-halten; 9 bezeichnet eine Analog/Digital-Umsetzungsschaltung zum Umwandeln von Analogsignalen, die von den Abtast- und Halteschaltungen 8A und 8B gegeben werden, in jeweilige Digitalsignale; 10 bezeichnet eine korrigierende Arithmetikschaltung, die ein Programm zum Ausführen der korrigierenden Arithmetikoperation hat; und 11 bezeichnet einen Ausgangsanschluß zum Ausgeben eines Strömungsratensignals als einem Ergebnis der Arithmetikoperation.
Das Verhältnis &epsi;U/&epsi;L zwischen den Ausgangsspannungen &epsi;U und &epsi;L von dem Verstärker 1 hat eine feste Beziehung zu dem Wasserniveau h. Wenn das Wasserniveau h und das Verhältnis &epsi;L/&epsi;U jeweils als die Abszisse und Ordinate genommen werden, wie in Figur 2 gezeigt ist, wird eine Kurve A erhalten, welche die Beziehung zwischen den beiden zeigt.
Das Verhältnis &epsi;U/&epsi;Q zwischen der Ausgangsspannung &epsi;U und der realen Strömungs Q gibt die Empfindlichkeit des Strömungsmessers an. Wenn die Empfindlichkeit durch k repräsentiert wird, haben das Wasserniveau h und die Empfindlichkeit k eine funktionelle Beziehung, die durch eine Kurve B ausgedrückt wird, welche in Figur 3 gezeigt ist. Die Beziehung zwischen dem Wasserniveau h und der Empfindlichkeit k ist unabhängig von dem Gradienten der Leitung.
In den Figuren 2 und 3 ist das Wasserniveau h als die Abszisse durch das Verhältnis des realen Wassernivaus zu dem Durchmesser (inneren Durchmesser) D der Leitung 1 ausgedrückt. Die Kurven A und B werden vorher berechnet durch Messen des Ausgangsverhältnisses &epsi;L/&epsi;U und der Empfindlichkeit k, während das Wasserniveau h in dem Bereich von 0 bis 1,0 D unter der Bedingung geändert wird, in welcher die Leitung 1 lediglich in einer Rohrleitung angebracht ist, während sie unter einem geeigneten Gradient tgΘ, wie in Figur 4 gezeigt ist, fixiert ist.
Dann wird der Strömungsdetektor 4 mit einer Rohrleitung verbunden, worin die Strömungsrate gemessen werden soll. Wenn unter dieser Bedingung das gemessene Ausgangsverhältnis &epsi;L/&epsi;U gleich P&sub0; ist, dann kann das Wasserniveau h&sub0; aus der Kurve A in Figur. 2 ermittelt werden. Weiter kann die Empfindlichkeit k&sub0; unter der Bedingung, daß das Wasserniveau h&sub0; ist, aus der Kurve B in Figur 3 ermittelt werden, so daß die wahre Strömungsrate Q&sub0; berechnet werden kann als:
Q&sub0; = &epsi;U&sub0;/k&sub0; (1)
durch die korrigierende Arithmetikschaltung 10. Dieses ist das Wesentliche der oben erwähnten vorher eingereichten Patentanmeldung.
In der Hintergrundtechnik ist die Kurve A in Figur 2 als unabhängig von dem Rohrleitungsgradienten tgcΘ betrachtet worden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eifrige Forschungen ausgeführt, um die Hintergrundtechnik zu verbessern, um dadurch die Meßgenauigkeit zu verbessern. Als Ergebnis wurde jedoch die folgende Tatsache gefunden.
Das heißt, wenn sich der Rohrleitungsgradient aktuell ändert, ändert sich die Strömungsratenverteilung fein bzw. empfindlich, weil sich die mittlere Strömungsrate ändert, obwohl das Wasserniveau konstant sein kann. Demgemäß werden die Kurven in den Figuren 2 und 3 jeweils entsprechend der Änderung des Rohrleitungsgradienten verschoben, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Diese Verschiebung ist der Grund des Meßfehlers.
Das Wasserniveau h hat keine Funktion als die Funktion einer Einbeziehungsgröße zum Berechnen der Empfindlichkeit k auf der Basis des Ausgangsverhältnisses &epsi;L/&epsi;U Weiter haben bei jedem gegebenen Rohrleitungsgradienten das Wasserniveau h und die Strömungsrate Q eine eins-zu-eins Entsprechung miteinander. Demgemäß wird in jeder der Figuren 5 und 6 die Abszisse durch die Strömungsrate Q bei dem in der Messung verwendeten Gradienten ersetzt.
Das heißt, wenn die Abszisse durch die Strömungsrate Q aufgetragen wird, die in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, wird nicht nur die Kurve, welche die Beziehung zwischen der Strömungsrate Q und dem Ausgangsverhältnis &epsi;L/&epsi;U angibt, entsprechend den Gradienten α, β und γ seitlich verschoben, wie in Figur 5 gezeigt ist, sondern auch die Kurve, welche die Beziehung zwischen der Strömungsrate Q und der Empfindlichkeit k angibt, wird seitlich verschoben, wie in Figur 6 gezeigt ist.
Beziehung zwischen dem Rohrleitungsgradienten und der Strömungsrate.
Es wird nun angenommen, daß der Rohrleitungsgradient unbekannt ist. Weiter sei angenommen, daß das Ausgangsverhältnis &epsi;L/&epsi;U zu diesem Zeitpunkt P&sub0; ist, wobei zuerst die Strömungsmengen Qα&sub0;, Qβ&sub0; und Qγ&sub0; durch Verwenden einer Gruppe von Kurven, die α, β und γ als Parameter haben, in Figur 5 bestimmt werden. Jede der Strömungsmengen Qα&sub0;, Qβ&sub0; und Qγ&sub0; gibt an, daß "wenn der Gradient α (β und γ) ist, die gegenwärtige Strömungsrate Q&sub0; das gleiche Wasserniveau zeigt wie jenes der Strömungsrate Qα&sub0; (Qβ&sub0; und Qγ&sub0;)".
Demgemäß ist es eine Selbstverständlichkeit, daß die folgenden Beziehungen hergestellt werden.
Wenn = α, dann Q&sub0; = Qα&sub0;.
Wenn = β, dann Q&sub0; = Qβ&sub0;.
Wenn = γ, dann Q&sub0; = Qγ&sub0;.
Weil der Gradient jedoch nun unbekannt ist, wird die reale Strömungsrate Q&sub0; durch Ausführen der arithmetischen Berechnung von &epsi;U&sub0;/k&sub0; durch die korrigierende Arithmetikschaltung 10 nach Berechnen der Empfindlichkeit k&sub0; aus den Kurven in Figur 6 mit Qα&sub0;, Qβ&sub0; und Qγ&sub0; als Einbeziehungsgrößen, ausgeführt.
Die demgemäß erhaltenen Beziehungen zwischen Q&sub0; und Qα&sub0;, Qβ&sub0; und Qγ&sub0; sind wie folgt.
Wenn < α, dann Q&sub0; < Qα&sub0;; ... Fig. 7A
Wenn = α, dann Q&sub0; = Qα&sub0;; ... Fig. 7B
Wenn > α, dann Q&sub0; > Qα&sub0;; ... Fig. 7C
In entsprechender Weise werden die folgenden Beziehungen hergestellt.
Wenn < β, dann Q&sub0; < Qβ&sub0;;
Wenn = β, dann Q&sub0; = Qβ&sub0;;
Wenn > β, dann Q&sub0; > Qβ&sub0;;
Demgemäß kann, wenn Daten, die den Figuren 5 und 6 entsprechen, bei verschiedenen Gradienten (α, β, γ, δ, ... genügend fein beabstandet und über einen genügenden Bereich genommen werden, so daß Qα&sub0;, Qβ&sub0;, Qγ&sub0;, Qδ&sub0;, ... mit Q&sub0; verglichen werden können, wie in den Figuren 7A, 7B und 7C gezeigt ist, der gegenwärtig unbekannte Gradient mit einer entsprechenden Genauigkeit in Erfahrung gebracht werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen hochgenauen elektromagnetischen Strömungsmesser für ein Fluid, das eine Leitung nicht vollständig füllt, zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung stellt einen elektromagnetischen Strömungsmesser zum Messen der Strömungsrate eines Fluids, das eine Leitung nicht vollständig füllt, zur Verfügung, umfassend: Spulen, die oberhalb und unterhalb der Meßleitung zum Erzeugen eines Magnetfelds quer über der Leitung angebracht sind; ein Mittel zum wahlweisen Erregen der oberen Spule oder der unteren Spule; ein Sensormittel, das ein Paar Elektroden umfaßt, die zum Abfühlen der quer über der Leitung induzierten Spannung, welche durch den Durchgang des Fluids durch das Magnetfeld bewirkt wird, angeordnet sind; und Verarbeitungsmittel, umfassend Mittel, die angeordnet bzw. eingerichtet sind:
(a) zum Speichern einer im voraus bestimmten ersten Beziehung zwischen einem Verhältnis P der Ausgangsgrößen des Sensormittels, wenn die obere und untere Spule jeweils erregt sind, und der Strömungsrate Q des Fluids für jeden aus einer Mehrzahl von bekannten Gradienten;
(b) zum Speichern einer im voraus bestimmten zweiten Beziehung zwischen der Empfindlichkeit k, die als ein Verhältnis der Ausgangsgröße des Sensormittels, wenn die obere Spule erregt ist, zu der Strömungsrate Q in der Leitung definiert ist, und der Strömungsrate Q, für jeden aus der Mehrzahl von bekannten Gradienten;
(c) zum Empfangen von Signalen &epsi;U&sub0;, &epsi;L&sub0; von dem Sensormittel;
(d) zum Berechnen des aktuellen Gradienten der Leitung aus den empfangenen Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; und der gespeicherten ersten und zweiten Beziehung; und
(e) zum Berechnen einer Strömungsrate unter Verwendung des berechneten Gradienten in den gespeicherten Beziehungen.
Die Erfindung stellt außerdem ein Verfahren zum Messen der Strömungsrate eines Fluids, das eine Leitung nicht vollständig füllt, unter Verwendung eines elektromagnetischen Strömungsmessers zur Verfügung, der folgendes umfaßt: Spulen, die oberhalb und unterhalb der Meßleitung zum Erzeugen eines Magnetfelds quer über der Leitung angebracht sind; ein Mittel zum wahlweisen Erregen der oberen Spule oder der unteren Spule; ein Sensormittel, das ein Paar Elektroden umfaßt, die zum Abfühlen der induzierten Spannung quer über der Leitung, welche durch den Durchgang des Fluids durch das Magnetfeld bewirkt wird, angeordnet sind; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
(a) Speichern einer im voraus bestimmten ersten Beziehung zwischen einem Verhältnis P der Ausgangsgrößen des Sensormittels, wenn die obere und untere Spule jeweils erregt sind, und der Strömungsrate Q des Fluids für jeden aus einer Mehrzahl von bekannten Gradienten;
(b) Speichern einer im voraus bestimmten zweiten Beziehung zwischen der Empfindlichkeit k, die als ein Verhältnis der Ausgangsgröße des Sensormittels, wenn die obere Spule erregt ist, zu der Strömungsrate Q in der Leitung definiert ist, und der Strömungsrate Q, für jeden aus der Mehrzahl von bekannten Gradienten;
(c) Empfangen von Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; von dem Sensormittel;
(d) Berechnen des aktuellen Gradienten der Leitung aus den empfangenen Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; und der gespeicherten ersten und zweiten Beziehung; und
(e) Berechnen einer Strömungsrate unter Verwendung des berechneten Gradienten in den gespeicherten Beziehungen.
Da die korrigierende Arithmetikoperation unter Verwendung von Kurven ausgeführt werden kann, die Figur 5 und 6 entsprechen, welche bei Gradienten gemessen worden sind, die den gegenwärtigen Gradienten p (unbekannt) am nächsten approximieren, kann der gegenwärtige Gradient p durch das oben beschriebene Verfahren gefunden werden.
Zum Beispiel werden Qα&sub0; und Qβ&sub0; zuerst durch Verwenden der Kurven, die Figur 5 und 6 entsprechen, welche bei dem Gradienten α gemessen worden sind, erhalten.
Wenn = α, ist Q&sub0; nicht gleich der wahren realen Strömungsrate. Die Relation in der Größe zwischen und α und die Relation in der Größe zwischen Q&sub0; und Qα&sub0; sind jedoch wie folgt einander gleich:
Wenn < α, dann Q&sub0; < Qα&sub0;;
Wenn = α, dann Q&sub0; = Qα&sub0;;
Wenn > α, dann Q&sub0; > Qα&sub0;;
Demgemäß kann der gegenwärtige Gradient durch das oben beschriebene Verfahren gefunden werden.
Mehr im Detail werden Relationen mit Bezug auf geeignete Gradienten α und β aus den Relationen (Kurven) der Figuren 5 und 6, die vorher bei verschiedenen Gradienten gemessen worden sind, ausgewählt. Diese Auswahl wird willkürlich durch einen Operator ausgeführt. Als ein anderes Verfahren können α und b fest sein. Alternativ können α und β, welche vorher gemessen worden sind, direkt verwendet werden.
Die provisorischen realen Strömungsmengen Q&sub0;' und Q&sub0;" werden auf der Basis der oben beschriebenen Gleichung (1) unter Verwendung der demgemäß gewählten beiden Kurven berechnet. Q&sub0;' und Q&sub0;" werden vorher bei den Gradienten α und β gemessen. Die provisorischen realen Strömungsmengen Q&sub0;' und Q&sub0;" sind in der oben erwähnten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-3-5631 als reale Strömungsmengen betrachtet worden. Es ist eine Selbstverständlichkeit, daß die provisorischen realen Strömungsmengen verglichen mit dem wahren Wert (reale Strömungsrate) sehr angenähert sind.
In dieser Beschreibung werden die provisorischen realen Strömungsmengen Q&sub0;' und Q&sub0;" berechnet. Der wahre Gradient wird unter Verwendung der provisorischen realen Strömungsmengen Q&sub0;' und Q&sub0;" und der Strömungsmengen Qα&sub0; und Qβ&sub0;, die aus Figur 5 erhalten worden sind, berechnet.
Wenn die Relationen zwischen dem wahren Gradienten p und den gewählten Gradienten α und β wie folgt sind: < α< β, wird die in Figur 8A gezeigte Beziehung erhalten.
Entsprechend wird in dem Fall von < α< β die in Figur 8B gezeigte Relation erhalten, und in dem Fall von α< β< wird die in Figur 8C gezeigte Relation erhalten.
Die in den jeweiligen Zeichnungen gezeigten Beziehungen werden durch die Gleichung ausgedrückt:
Wenn der Gradient , wie oben beschrieben, bekannt wird, wird eine exakte fehlerlose Strömungsrate durch Ausführen einer korrigierenden Arithmetikoperation unter Verwendung von Kurven berechnet, die bei einem Gradienten gemessen worden sind, der dem Gradienten am nächsten approximiert, oder unter Verwendung von geeigneten Kurven, die durch Interpolation/Extrapolation aus den gemessenen Kurven erhalten werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines früher vorgeschlagenen elektromagnetischen Strömungsmessers für Wasser in einem nichtvollen Zustand;
Figur 2 ist eine graphische Darstellung des Wasserniveaus als Funktion des Ausgangsverhältnisses;
Figur 3 ist eine graphische Darstellung des Wasserniveaus als Funktion der Empfindlichkeit;
Figur 4 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern des Rohrleitungsgradienten;
Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Strömungsrate als Funktion der Ausgangsgröße;
Figur 6 ist eine graphische Darstellung der Strömungsrate als Funktion der Empfindlichkeit;
Figuren 7A bis 7C sind graphische Darstellungen der Strömungsrate als Funktion des Empfindlichkeitsverhältnisses, welche unterschiedliche Beziehungen in der Größe zwischen dem gemessenen Gradienten und einem Gradienten α zeigen, wofür Daten vorher gespeichert worden sind;
Figur 8A ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Gradienten in dem Fall von α< β< und der Strömungsratendifferenz ΔQ zeigt;
Figur 8B ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Gradienten in dem Fall von < β< α und der Strömungsratendifferenz ΔQ zeigt;
Figur 8C ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Gradienten in dem Fall von α< β< und der Strömungsratendifferenz ΔQ zeigt;
Figur 9A ist eine Vorderansicht eines Strömungsdetektors, Figur 9B ist ein Schnitt, gesehen längs der Linie A-A der Figur 9A, und Figur 9C ist ein Blockschaltbild eines Strömungsmessers als einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 10 ist eine schematische Ansicht einer Wasserdurchgangsausrüstung;
Figuren 11 und 12 sind graphische Darstellungen des Instrumentenfehlers;
Figur 13 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren in der Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Figur 14 ist eine perspektivische Ansicht einer in der Ausführungsform verwendeten Spule.
Ein Strömungsdetektor 4, wie er in den Figuren 9A und 9B gezeigt ist, wird durch Erprobung hergestellt, und es wird ein elektromagnetischer Strömungsmesser für Wasser in einem nichtvollen Zustand, wie in dem Blockschaltbild der Figur 9C gezeigt ist, ausgebildet. Daten von Kurven, die den Figuren 5 und 6 entsprechen, werden im voraus für eine Rohrleitung 13, wobei deren Gradient auf 2/1000 und 6/1000 eingestellt ist, unter Verwendung einer Wasserdurchgangsausrüstung, die in Figur 10 gezeigt ist, abgetastet bzw. probegenommen, und die abgetasteten bzw. probegenommenen Daten werden in einem Speicher 100 gespeichert.
In Figur 9C sind Teile, welche die gleichen wie jene in Figur 1 sind, mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen, und die Beschreibung ist teilweise weggelassen.
Figur 11 ist eine graphische Darstellung des instrumentellen Fehlers in dem Fall, in dem eine korrigierende Arithmetikoperation ausgeführt wird, indem für die Verwendung als Bezugskurven die Kurven vorgesehen werden, die bei gegenwärtigen Gradienten 2/1000 und 6/1000 gemessen worden sind, und indem durch das Verfahren der Erfindung die Kurven gewählt werden, die bei dem Gradienten gemessen worden sind, der dahingehend beurteilt wird, daß er die engere Approximation an den unbekannten Gradienten der Leitung ist. Der reale Gradient der Leitung, welcher der Gegenstand der Messung war, war 0/1000. Der instrumentelle Fehler wird in % als
100 x (gemessener Wert - wahrer Wert)/wahrer Wert ausgedrückt. Der wahre Wert wird durch einen Bezugsströmungsmesser erhalten.
Figur 12 zeigt den instrumentellen Fehler in dem Fall, in welchem die Strömungsrate durch Bezugnahme auf Kurven gemessen wird, die Figuren 5 und 6 entsprechen, welche vorher bei dem Gradienten 6/1000 gemessen worden sind. Der instrumentelle Fehler in Figur 12 ist relativ groß, weil die Differenz zwischen dem Gradienten 6/1000, der zu dem Zeitpunkt des Abtastens bzw. Probenehmens der Bezugskurvendaten verwendet wurde, und dem Gradienten 0/1000 zu dem Zeitpunkt der Messung groß ist.
Die Wirkung der Erfindung wird klarer aus einem Vergleich zwischen den Figuren 11 und 12. Die Meßgenauigkeit kann durch Erhöhen der Anzahl und des Bereichs der Bezugskurven weitaus mehr verbessert werden.
Der Betrieb der Einrichtung in dieser Ausführungsform ist in dem Ablaufdiagramm der Figur 13 gezeigt.
In einem Schritt S1 wird P&sub0; = &epsi;L&sub0;/&epsi;U&sub0; durch die Ausgangsspannungen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; des Verstärkers 1 erhalten, d.h. durch das Verhältnis der Ausgangsgröße der unteren Spule zu der Ausgangsgröße der oberen Spule. Die Berechnung des Verhältnisses wird durch die korrigierende Arithmetikschaltung 10 ausgeführt. Eine Zentraleinheit für ausschließlichen Gebrauch wird als die Schaltung 10 verwendet.
Dann liest die Schaltung 10 in einem Schritt S3 die Beziehungen der Figur 5 bei den Gradienten 2/1000 und 6/1000 aus dem Speicher 100, erhält die Strömungsraten Q2/1000 und Q6/1000 bei den jeweiligen Gradienten entsprechend zu P&sub0; und speichert die Strömungsraten in Registern.
In einem Schritt S5 liest die Schaltung 10 die Beziehungen der Figur 6 bei den jeweiligen Gradienten aus dem Speicher 100, erhält provisorische reale Strömungsraten Q' (2/1000) und Q"(6/1000) unter Verwendung der Gleichung 1 und speichert die provisorischen realen Strömungsraten in Registern.
In einem Schritt S7 wird die Gleichung (2) durch Benutzen der Werte, die in den Schritten S3 und S5 erhalten worden sind, ausgeführt. Als Ergebnis wird gefunden, daß der wahre Gradient etwa 0/1000 ist.
Entsprechend wird in einem Schritt 9 der Gradient 2/1000, welcher den wahren Gradienten näher approximiert, gewählt. In einem Schritt S11 wird die reale Strömungsrate Q&sub0; unter Verwenden der Beziehungen der Figuren 5 und 6 bei dem Gradienten 2/1000 berechnet. In dieser Ausführungsform ist die reale Strömungsrate wie folgt.
Q&sub0; = Q' (2/1000)
Obwohl die oben erwähnte Ausführungsform den Fall gezeigt hat, in dem zwei Gradienten vorher erhalten und als die Beziehungen der Figuren 5 und 6 benutzt worden sind, kann eine größere Anzahl von Daten vorher erhalten werden, um die Meßgenauigkeit weiter zu verbessern. Zum Beispiel können Daten vorher in Gradientenintervallen von 1/1000 erhalten werden.
Es wird bevorzugt, daß eine Gradientendifferenz von etwa 1/1000 bis etwa 10/1000 den Gradienten α und β gegeben wird, die für die Berechnung des wahren Gradienten benutzt werden.
Der innere Durchmesser der Rohrleitung in dieser Ausführungsform ist 240 mm.
Die Elektroden 2 haben eine Breite von 40 mm in der Richtung der Strömung, einen Öffnungswinkel von 90º und eine Dicke von 2 mm.
Die Form und Größe der oberen und unteren Spule sind in Figur 14 gezeigt.
Es sollte hinzugefügt werden, daß die verwendeten Spulen je aus einer Wicklung von 1300 Windungen bestehen.
Weil der elektromagnetische Strömungsmesser für Wasser in einem nichtvollen Zustand gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet ist, wie oben beschrieben, kann eine genaue Strömungsrate) durch eine korrigierende Arithmetikoperation zur Korrektur des Einflusses des Rohrleitungsgradienten erhalten werden. Demgemäß trägt der Strömungsmesser zu einer Verbesserung in der Genauigkeit des elektromagnetischen Strömungsmessers für Wasser in einem nichtvollen Zustand bei.
Weil der durch die Gradientendifferenz bewirkte Meßfehler vermindert wird, kann der Bereich von Gradienten, bei welchen die Rohrleitung montiert werden kann, erweitert werden, während die Genauigkeit innerhalb eines gewissen Bereichs gehalten wird.

Claims

1. Elektromagnetischer Strömungsmesser zum Messen der Strömungsrate eines Fluids, das eine Leitung nicht vollständig füllt, umfassend: Spulen (U, L), die oberhalb und unterhalb der Meßleitung (1) zum Erzeugen eines Magnetfelds quer über der Leitung angebracht sind; ein Mittel (5, S2) zum wahlweisen Erregen der oberen Spule (U) oder der unteren Spule (L) ; ein Sensormittel, das ein Paar Elektroden (2) umfaßt, die zum Abfühlen der quer über der Leitung induzierten Spannung, welche durch den Durchgang des Fluids durch das Magnetfeld bewirkt wird, angeordnet sind; und Verarbeitungsmittel (9, 10, 100), umfassend Mittel, die angeordnet bzw. eingerichtet sind:

(a) zum Speichern (100) einer im voraus bestimmten ersten Beziehung zwischen einem Verhältnis P der Ausgangsgrößen des Sensormitteis, wenn die obere und untere Spule jeweils erregt sind, und der Strömungsrate Q des Fluids für jeden aus einer Mehrzahl von bekannten Gradienten (α, β ...);

(b) zum Speichern einer im voraus bestimmten zweiten Beziehung zwischen der Empfindlichkeit k, die als ein Verhältnis der Ausgangsgröße des Sensormitteis, wenn die obere Spule erregt ist, zu der Strömungsrate Q in der Leitung definiert ist, und der Strömungsrate Q, für jeden aus der Mehrzahl von bekannten Gradienten (α, β ...);

(c) zum Empfangen von Signalen &epsi;U&sub0;, &epsi;L&sub0; von dem Sensormittel (5, S2);

(d) zum Berechnen (S1 bis S9) des aktuellen Gradienten der Leitung aus den empfangenen Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; und der gespeicherten ersten und zweiten Beziehung; und (e) zum Berechnen einer Strömungsrate unter Verwendung des berechneten Gradienten in den gespeicherten Beziehungen.

2. Elektromagnetischer Strömungsmesser gemäß Anspruch 1, umfassend Mittel, die angeordnet bzw. eingerichtet sind:

- + 0

(f) zum Berechnen (S1) eines Meßverhältnisses (P&sub0;) zwischen den Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; ; (g) zum Einlesen (S3) des berechneten Meßverhältnisses (P&sub0;) in die gespeicherte erste Beziehung, um Strömungsraten Q2/1000 Q6/1000 für das Fluid in der Meßleitung für zwei der genannten bekannten Gradienten zu berechnen;

(h) zum Einlesen (S5) der berechneten Strömungsraten Q2/1000, Q6/1000 in die gespeicherte zweite Beziehung, um eine vorläufige reale Strömungsrate (Q', Q") in der Meßleitung für jeden der genannten beiden Gradienten zu berechnen;

(i) zum Bestimmen (S7) eines realen Gradienten (p) für die Meßleitung gemäß den berechneten Strömungsraten und den vorläufigen realen Strömungraten, die in den Schritten (g) und (h) bestimmt worden sind;

(j) zum Wählen (S9) eines Gradienten, der den bestimmten realen Gradienten ( ) approximiert; und

(k) zum Wiederholen (S11) der Schritte (g) und (h) unter Verwendung des gewählten Gradienten, um eine reale Strömungsrate zu berechnen.

3. Elektromagnetischer Strömungsmesser gemäß Anspruch 2, umfassend ein Mittel, das zum Bestimmen des realen Gradienten ( ) im Schritt (1) gemäß der folgenden Gleichung angeordnet bzw. eingerichtet ist:

4. Elektromagnetischer Strömungsmesser gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, umfassend ein Mittel, das dazu angeordnet bzw. eingerichtet ist, als den Gradienten im Schritt (j) den bekannten Gradienten (α, β) zu wählen, der dem realen Gradienten ( ) am nächsten ist.

5. Verfahren zum Messen der Strömungsrate eines Fluids, das eine Leitung nicht vollständig füllt, unter Verwendung eines elektromagnetischen Strömungsmessers, der folgendes umfaßt: Spulen (U, L), die oberhalb und unterhalb der Meßleitung (1) zum Erzeugen eines Magnetfelds quer über der Leitung angebracht sind; ein Mittel (5, S2) zum wahlweisen Erregen der oberen Spule (U) oder der unteren Spule (L) ; ein Sensormittel, das ein Paar Elektroden (2) umfaßt, die zum Abfühlen der induzierten Spannung quer über der Leitung, welche durch den Durchgang des Fluids durch das Magnetfeld bewirkt wird, angeordnet sind; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Speichern (100) einer im voraus bestimmten ersten Beziehung zwischen einem Verhältnis P der Ausgangsgrößen des Sensormitteis, wenn die obere und untere Spule jeweils erregt sind, und der Strömungsrate Q des Fluids für jeden aus einer Mehrzahl von bekannten Gradienten (α, β ...);

(b) Speichern einer im voraus bestimmten zweiten Beziehung zwischen der Empfindlichkeit k, die als ein Verhältnis der Ausgangsgröße des Sensormittels, wenn die obere Spule erregt ist, zu der Strömungsrate Q in der Leitung definiert ist, und der Strömungsrate Q, für jeden aus der Mehrzahl von bekannten Gradienten (α, β ...);

(c) Empfangen von Signalen &epsi;U&sub0;, &epsi;L&sub0; von dem Sensormittel (5, S2);

(d) Berechnen (S1 bis S9) des aktuellen Gradienten der Leitung aus den empfangenen Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0; und der gespeicherten ersten und zweiten Beziehung; und

(e) Berechnen einer Strömungsrate unter Verwendung des berechneten Gradienten in den gespeicherten Beziehungen.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, umfassend die folgenden Schritte:

(f) Berechnen (S1) eines Meßverhältnisses (P&sub0;) zwischen den Signalen &epsi;U&sub0; und &epsi;L&sub0;;

(g) Einlesen (S3) des berechneten Meßverhältnisses (P) in die gespeicherte erste Beziehung, um Strömungsraten Q2/1000, Q6/1000 für das Fluid in der Meßleitung für zwei der genannten bekannten Gradienten zu berechnen;

(h) Einlesen (S5) der berechneten Strömungsraten Q2/10001 Q6/1000 in die gespeicherte zweite Beziehung, um eine vorläufige reale Strömungsrate (Q', Q") in der Meßleitung für jeden der genannten beiden Gradienten zu berechnen;

(i) Bestimmen (S7) eines realen Gradienten ( ) für die Meßleitung gemäß den berechneten Strömungsraten und den vorläufigen realen Strömungraten, die in den Schritten (g) und (h) bestimmt worden sind;

(j) Wählen (S9) eines Gradienten, der sich an den bestimmten realen Gradienten ( ) annähert; und

(k) Wiederholen (S11) der Schritte (g) und (h) unter Verwendung des genannten gewählten Gradienten, um eine reale Strömungsrate zu berechnen.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, worin im Schritt (i) der reale Gradient ( ) bestimmt wird gemäß der Gleichung

8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin im Schritt (j) der gewählte Gradient der bekannte Gradient (a, β) ist, der dem realen Gradienten (p) am nächsten ist.