專利名稱：測定在測量管中的介質(zhì)的流率的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定在測量管中的介質(zhì)的流率的方法，該介質(zhì)基本在測量管的軸線方向流過測量管，磁場基本垂直于測量管的軸線地穿過測量管，在基本垂直于測量管軸線上設(shè)置的至少一個測量電極上感應(yīng)測量電壓，所感應(yīng)的測量電壓產(chǎn)生在測量管中的介質(zhì)的體積流量的信息。此外，本發(fā)明涉及一種測定在測量管中的介質(zhì)的流率的裝置。
電磁流量計利用電磁感應(yīng)的原理進行體積流量的測量相對于磁場垂直地運動的介質(zhì)的電荷載流子在測量電極上產(chǎn)生電壓，該測量電極同樣地基本垂直于介質(zhì)的流動方向設(shè)置。這種在測量電極上所感應(yīng)的電壓與介質(zhì)在測量管的整個截面中的平均流速成比例；因此與體積流量成比例。
測量電極電或電容地連接到介質(zhì)。如果測量電極與介質(zhì)相接觸，則最后在測量電極的表面上形成覆層。形成覆層導致了流量計的故障。如果覆層是非導電材料形成的，則流量計根本不能再產(chǎn)生任何測量值。
雖然在下文中總是將在測量電極上形成覆層描述為流量計產(chǎn)生故障或喪失功能的原因，但是本發(fā)明還是可以普遍地用于識別在電磁流量計上產(chǎn)生的其它的故障。
為消除測量電極上的導電材料形成的不希望的覆層，EP0337292提供了應(yīng)用直流或交流電壓在預定的時間間隔清理測量電極。盡管自動清理測量電極比用手動清理具有很大的優(yōu)點，但是公知的測量電極自動清理仍然具有如下的缺點第一，它不能普遍地用于由任何材料構(gòu)成的覆層-它只是在除去導電覆層時起作用。此外，只能在預先確定的時間間隔上實施預防性的自動清理；因此，不能保證在非常需要的時間點上進行清理。
測量電極的防預性的清理是斷續(xù)的并且由于許多原因是不理想的由于測量電壓必須首先在整個測量電極上再次建立，因此在清理過程之后的一定的時間周期中不能進行體積流量測量。此外，由于在清理的時間中覆層形成的程度是完全未知的，所以為清理測量電極需要在固定的預定持續(xù)時間中提供功率。因此至于在自動清理之后是否實際實現(xiàn)了測量電極的所需的最佳狀態(tài)要求操作員憑經(jīng)驗判斷。通常，可以認為在自動清理之后在測量電極上仍然存在覆層或由于施加的清理電壓時間太長造成測量電極已經(jīng)損壞。
作為一種預防措施如果必須清除測量電極的非導電覆層則中斷測量過程將造成更嚴重的差值。由于非導電覆層僅能夠機械地除去，因此在這種情況下流量計的不能工作的時間將更長。這就是說，必須拆卸流量計，手動清理測量電極。
本發(fā)明基于這樣的目的提供一種能夠自動地識別在電磁流量計中產(chǎn)生的故障的方法和裝置。
關(guān)于本方法，通過如下的方案實現(xiàn)該目的，將所定義的測試信號傳遞到測量電極，應(yīng)用對所定義的測試信號的響應(yīng)信號和/或應(yīng)用從對所定義的信號的響應(yīng)信號中所確定的基準變量，確定測量電極是否產(chǎn)生了正確的測量值。為簡潔起見，對所定義的測試信號的響應(yīng)信號和/或從對所定義的信號的響應(yīng)信號中所確定的基準變量在下文中都稱為實際值。通過依據(jù)本發(fā)明的方法，可以提前識別隱伏的流量計故障，以便隨后能夠以預定的方式來消除。
依據(jù)本發(fā)明的方法一種有利的進一步方案是相應(yīng)的實際值與預定的理想值進行比較，如果實際值偏離理想值，指示和/或輸出和/或存儲故障。
依據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實施例僅在實際值落在理想值的預定的容差范圍之外才指示和/或輸出故障。在流量計的測量操作的過程中干擾的發(fā)生通常是隱伏的，因此僅在測量值超過預定的容差時才出現(xiàn)實際的故障。在一個或多個測量電極上形成覆層被認為是以這種隱伏的方式發(fā)生故障的一個實例。
還發(fā)現(xiàn)如果將理想值作為相應(yīng)的測量過程和/或系統(tǒng)條件的函數(shù)來測定和存儲是很有利的。結(jié)果，例如在一個測量電極上形成的覆層極大地取決于通常的流速和介質(zhì)特性。如果參考相應(yīng)的系統(tǒng)和處理過程的情況選擇理想的值，在適當?shù)臅r候最佳地識別并消除在流量計上的將發(fā)生的故障是可能的。
順便提及的是，在測量電極上非導電覆層的形成使流量計不能再工作。如果包含導電覆層，則流量計產(chǎn)生錯誤的測量值。
在測量電極上形成導電覆層的情況下，特別有利的是只要指示和/或輸出故障就啟動自動清理測量電極的電路結(jié)構(gòu)。如果能夠自動地清理測量電極，則依據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實施例能夠通過應(yīng)用直流或交流實施自動地清理測量電極。相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)公開在EP0337292B1中。
為確保清理的過程造成測量電極損壞的可能性盡可能地小，依據(jù)本發(fā)明的方法的一個有利的方案是這樣選擇自動清理測量電極的時間使覆層基本上完全從測量電極上清除。
在由于在測量電極上形成的導電或非導電覆層引起產(chǎn)生故障的情況下，依據(jù)本發(fā)明的方法的有利的實施例提供指示和/或輸出必須清理測量電極的結(jié)果。
關(guān)于本裝置，通過如下的方案實現(xiàn)該目的，計算/控制單元將測試信號傳遞到至少一個測量電極，計算/控制單元應(yīng)用響應(yīng)信號和/或應(yīng)用從響應(yīng)信號中確定的典型的基準變量確定測量電極是否產(chǎn)生了正確的測量值。如上文已經(jīng)指出，為簡潔起見，在下面將所定義的測試信號的響應(yīng)信號和/或從對所定義的測試信號的響應(yīng)信號中確定的基準變量表示為實際值。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的一種有利的進一步方案是測試信號優(yōu)選方波脈沖，計算/控制單元分別將所確定的實際值與相應(yīng)的預定的理想值進行比較，從相應(yīng)的測定的實際值和預定的理想值之間的偏差中識別測量電極的故障和/或?qū)⑵漭斔徒o指示單元和/或輸出它。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的進一步優(yōu)選方案，提供確定長度的方波脈沖的測試信號，計算/控制單元確定直對方波脈沖的響應(yīng)信號的信號電平達到預定閾值的馳豫時間，計算/控制單元將已經(jīng)測定的馳豫時間(→實際值)與預定的馳豫時間(→理想值)相比較，以及如果實際值偏離預定的理想值指示和/輸出故障。
此外，依據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的實施例建議僅在已經(jīng)測定的實際值在理想值周圍的預定容差值之外時計算/控制單元指示和/或輸出故障。這種變型方案的優(yōu)點結(jié)合相應(yīng)地構(gòu)造的方法已經(jīng)討論過。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選的進一步方案，通過將所定義的測試信號傳遞到測量電極和存儲和/或輸出和/或計算對測試信號的響應(yīng)信號和/或基準變量，計算/控制單元分別確定在可用的處理過程和/或系統(tǒng)條件下的理想值，應(yīng)用該響應(yīng)信號明確地將該基準變量確定為理想值。
參考下面的附圖更詳細地解釋本發(fā)明，在附圖中附
圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖，附圖2所示為在形成不同程度的覆層的測量電極上的電極電位的馳豫特性的曲線圖，以及附圖3所示為驅(qū)動計算/控制單元的相關(guān)的流程圖。
附圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的裝置1的示意圖。流量計(在本發(fā)明中沒有分別地示出)的測量管2具有在測量管的軸線10的方向上流經(jīng)測量管的介質(zhì)(同樣沒有獨立示出)。介質(zhì)至少是輕微導電的。測量管2本身由非導電材料制成或至少在其里面有非導電材料制成的襯墊。由于磁場垂直于介質(zhì)的流動方向并通常由在直徑上相對地設(shè)置的兩個磁體(在附圖中同樣不可見)產(chǎn)生的，在介質(zhì)中的電荷載流子遷移到極性反向的測量電極電極3；4。在兩個測量電極3,4之間產(chǎn)生的電壓與介質(zhì)在測量管2的整個截面上的平均流速成比例，換句話說，它是在測量管2中的介質(zhì)的體積流量的量度。順便指出，測量管2經(jīng)過連接元件(在附圖中沒有分別示出)連接到介質(zhì)流過的管道系統(tǒng)。
在所示的情況下，兩個測量電極3,4都直接接觸介質(zhì)2，結(jié)果由介質(zhì)顆粒形成的覆層11,12最后形成在測量電極3,4上。這種覆層的形成當然影響在測量電極3,4上所測量的感應(yīng)電壓值。如果覆層是由非導電材料形成的，則流量計將根本不能再工作。
為了使體積流量的測量誤差保持在預定的容許極限內(nèi)，到目前為止通常都是在每個種情況下在固定的預定的時間周期之后清理流量計的測量電極3,4。這些在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上確定的時間間隔在如上文已經(jīng)提到的不同的清理過程中都存在許多嚴重的缺陷。
測量電極3,4都經(jīng)過連接導線5,6連接到計算/控制單元7。依據(jù)本發(fā)明，計算/控制單元7將測試信號(在最簡單的情況下是一種方波脈沖)經(jīng)過連接導線5,6傳遞到測量電極3,4。參考事先確定的理想值，從測量脈沖的馳豫時間中能夠識別是否在測量電極3,4上形成了不希望的覆層。在這種情況下，馳豫時間總是指直到對測量信號(例如方波脈沖)的響應(yīng)信號已經(jīng)達到預定的閾值的時間周期。
為了獲得一個或多個測量電極的相應(yīng)狀態(tài)的可靠指示，將相應(yīng)的馳豫時間的實際值在周期性的時間間隔與馳豫時間的理想值相比較。這就使得當在超過理想值周圍的預定容差值時能夠跟蹤形成覆層的成因并識別它。
順便指出，應(yīng)用盡可能地清潔的測量電極3,4作為當前系統(tǒng)和處理過程的條件的函數(shù)分別確定馳豫時間的理想值。由于馳豫時間取決于相應(yīng)的處理過程和系統(tǒng)情況，如果在該過程本身中能夠校準對覆層的形成的識別，則是很有利的。通過重復地應(yīng)用不同長度的測試信號(例如方波脈沖)和隨后的馳豫時間的測量值來進行這種校準。改變測試信號的脈沖持續(xù)時間直到馳豫時間落在所定義的時間窗中。這種測量序列產(chǎn)生的測試信號的脈沖持續(xù)時間和相應(yīng)的馳豫時間都存儲作為識別覆層的形成所作的隨后的測量的理想值。
為識別覆層的形成在隨后的周期性測量的過程中，如果證明響應(yīng)所定義的測試的馳豫時間的實際值在馳豫時間的理想值周圍的一定容差極限之外，則在流量計的指示單元8上指示故障；作為一種變型，在形成了導電覆層的情況下，啟動自動清理程序。
依據(jù)本發(fā)明，當在測量電極3,4上形成的覆層很嚴重以至在測量電極3,4上產(chǎn)生的測量值有不能接收的誤差時，總是必須實施清理測量電極3,4或指示清理測量電極3,4。這就意味著能夠使在兩個清理過程之間的時間周期最優(yōu)化因此，一方面，在流量計產(chǎn)生錯誤的測量值之前或者在非導電覆層11,12的情況下在它根本不再能夠產(chǎn)生任何測量值的之前進行清理；另一方面，僅在實際需要時進行清理，而不是基于一定的經(jīng)驗在一定的時間間隔之后進行預防性的清理。
附圖2所示為在形成有不同程度的覆層的測量電極3,4上的電極電位的馳豫特性曲線。將具有確定的持續(xù)時間tP的方波脈沖UO傳遞到測量電極3；4。計算/控制單元測量馳豫時間tR，即它測量直到方波脈沖UO落到預定的閾值US所經(jīng)過的時間。只要馳豫時間的實際值tR-actual超過預定的馳豫時間的理想值tR-desired周圍的預定容差值±Δ，則進行自動清理測量電極3,4或經(jīng)過指示單元8給操作員報警指示應(yīng)該清理測量電極3,4。
附圖3所示為驅(qū)動計算/控制單元7的相關(guān)的流程圖。在測量開始時，測試信號的電壓UO、測試信號的脈沖持續(xù)時間tP、馳豫時間的容差值Δt、在兩連續(xù)的測試信號之間的時間周期tM、脈沖持續(xù)時間tP以及馳豫時間的理想值tR-desired都作為輸入值在計算/控制單元7中可得到。如上文已經(jīng)描述，測試信號的脈沖持續(xù)時間tP以及馳豫時間的理想值tR-desired都確定為在為識別覆層的形成的實際方法的開始時依賴于系統(tǒng)和過程的基準變量。因此，僅在該過程中實施校準。隨后所測量的馳豫時間的實際值tR-actual總是參考這種依賴于系統(tǒng)和處理過程的馳豫時間的理想值tR-desired，以便盡可能早地識別在測量電極3；4上形成的覆層。
連續(xù)地執(zhí)行下述程序點在程序點13上，定時器啟動。如上文多次提到，以規(guī)則的時間間隔tM將測試信號傳遞到測量電極3,4(程序點14,15)。隨后在程序點16上確定馳豫時間的實際值tR-actual。在程序點17上，檢查已經(jīng)測量的馳豫時間的實際值tR-actual是否落在馳豫時間的理想值tR-desired周圍的容差極限Δt之內(nèi)。如果落在該范圍之內(nèi)，則程序跳到程序點14，一旦經(jīng)過時間周期tM，重新啟動測量過程以測定馳豫時間的實際值tR-actual。如果馳豫時間的實際值tR-actual是落在馳豫時間的理想值tR-desired周圍的預定容差極限Δt之外，則在程序點18上開始清理測量電極3,4。一旦清理程序結(jié)束，程序再次啟動定時器。
參考標號清單1依據(jù)本發(fā)明的裝置2測量管3測量電極4測量電極5連接導線6連接導線7控制/計算單元8指示單元9連接導線10測量管軸線11覆層12覆層
權(quán)利要求
1．一種測定在測量管中的介質(zhì)的流率的方法，該介質(zhì)基本在測量管的軸線方向流過測量管，磁場基本垂直于測量管的軸線地穿過測量管，在基本垂直于測量管軸線上設(shè)置的至少一個測量電極上感應(yīng)測量電壓，所感應(yīng)的測量電壓產(chǎn)生在測量管中的介質(zhì)的體積流量的信息，其中將定義的測試信號傳遞到測量電極(3；4)，應(yīng)用對所定義的信號的響應(yīng)信號(→實際值)和/或應(yīng)用從對所定義的測試信號的響應(yīng)信號中所確定的基準變量(→實際值)，確定測量電極(3；4)是否產(chǎn)生正確的測量值。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中相應(yīng)的實際值與相應(yīng)的預定理想值相比較，如果實際值偏離理想值則指示和/或輸出和/或存儲故障。
3．如權(quán)利要求1或2的方法，其中僅在實際值落在理想值周圍的預定容差(Δ)之外時才指示和/或輸出故障。
4．如權(quán)利要求1所述的方法，其中作為相應(yīng)的處理過程和/或系統(tǒng)情況的函數(shù)來測定理想值并存儲它。
5．如權(quán)利要求1至4所述的方法，其中在由于在測量電極(3；4)上形成導電覆層(11,12)引起故障的情況下，只要指示和/或輸出故障就自動啟動清理測量電極。
6．如權(quán)利要求1至4所述的方法，其中在由于在測量電極(3；4)上形成導電或非導電覆層(11,12)引起故障的情況下，指示和/或輸出測量電極(3；4)必須清理的結(jié)果。
7．如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過應(yīng)用直流或交流實施自動清理測量電極(3；4)。
8．如權(quán)利要求5或7所述的方法，其中如下選擇自動清理測量電極(3；4)的時間使覆層(11；12)從測量電極(3；4)上基本完全清除。
9．一種測量在測量管的軸線方向流經(jīng)測量管的介質(zhì)的流量的裝置，該裝置具有一種產(chǎn)生磁場的磁性結(jié)構(gòu)、測量電極結(jié)構(gòu)和控制/計算單元，該磁場穿過測量管并相對于測量管的軸線基本橫著地延伸，該測量電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生取決于流經(jīng)測量管的介質(zhì)的流速的測量值，該控制/計算單元從測量值中確定在測量管中的介質(zhì)的流率，其中計算/控制單元(7)將測試信號傳遞到至少一個測量電極(3；4)，以及計算/控制單元(7)應(yīng)用響應(yīng)信號(→實際值)和/或應(yīng)用從響應(yīng)信號中所確定的典型的基準變量(→實際值)，以確定測量電極(3；4)是否產(chǎn)生了正確的測量值和/或流量計是否正確地運行。
10．如權(quán)利要求9所述的裝置，其中測試信號優(yōu)選方波信號，計算/控制單元(7)分別將所確定的實際值與相應(yīng)的預定的理想值進行比較，從相應(yīng)的測定的實際值和預定的理想值之間的偏差中識別測量電極(3；4)的故障和/或?qū)⑵漭斔徒o指示單元(8)和/或輸出它。
11．如權(quán)利要求9所述的裝置，其中測試信號是方波脈沖，計算/控制單元(7)確定直到對方波脈沖的響應(yīng)信號的信號電平達到預定閾值(Us)的馳豫時間(tR-actual)，計算/控制單元(7)將馳豫時間的實際值(tR-actual)與馳豫時間的預定理想值(tR-desired)相比較，如果實際值(tR-actual)偏離預定的理想值(tR-desired)則指示和/輸出故障。
12．如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中僅在已經(jīng)測定的實際值在理想值周圍的預定容差值之外時計算/控制單元(7)指示和/或輸出故障。
13．如權(quán)利要求12所述的裝置，其中通過將所定義的測試信號傳遞到測量電極(3；4)和存儲和/或輸出和/或計算對測試信號的響應(yīng)信號和/或基準變量，計算/控制單元(7)確定分別在可用的處理過程和/或系統(tǒng)情況下的理想值，應(yīng)用該響應(yīng)信號清楚地將該基準變量確定為理想值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測定在測量管(2)中的介質(zhì)的流率的電磁方法(和裝置),該介質(zhì)基本在測量管的軸線(10)方向流過測量管(2),磁場基本垂直于測量管的軸線(10)地穿過測量管(2),在基本垂直于測量管軸線(10)上設(shè)置的至少一個測量電極(3;4)上感應(yīng)測量電壓。特定義的測試信號傳遞到測量電極(3;4),應(yīng)用對所定義的測試信號的響應(yīng)信號和/或應(yīng)用從對所定義的信號的響應(yīng)信號中所確定的基準變量,確定測量電極(3;4)是否產(chǎn)生了正確的測量值。
文檔編號G01F25/00GK1299961SQ0013661
公開日2001年6月20日 申請日期2000年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月15日
發(fā)明者托馬斯·巴蒂邁格 申請人:安德雷斯和霍瑟·弗羅泰克有限公司