專利名稱:測量穿過測量管的待測介質(zhì)的流量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種測量在測量管的軸線方向流經(jīng)測量管的待測介質(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)、至少一個測量電極和計算/控制單元,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,該測量電極設(shè)置在測量管的側(cè)面區(qū)域中并電或電容地連接到待測介質(zhì),該計算/控制單元利用在測量電極中感應的測量電壓提供在測量管中的待測量的介質(zhì)的體積流量信息。
電磁流量計利用電動感應的原理進行體積流量的測量相對于磁場垂直地運動的待測介質(zhì)的電荷載流子在測量電極上產(chǎn)生電壓,該測量電極同樣地垂直于待測介質(zhì)的流動方向設(shè)置。這種感應電壓與待測量的介質(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。
如果測量管沒有填充滿而是僅部分地填充有待測量的介質(zhì),則會產(chǎn)生相當大的測量誤差,然而這種測量裝置基于在完全填滿的測量管上產(chǎn)生的測量結(jié)果。為了消除這種誤差源,已經(jīng)公開了一種這樣的裝置,該裝置考慮填充測量管的相應的填充程度信息來確定體積流量。因此德國實用新型G9103046.3已經(jīng)描述了一種電磁流量測量裝置,在測量裝置中可以任意的單獨激勵或共同激勵兩個電磁體,如果共同激勵則可以任意地在相同的方向上激勵或在相反的方向激勵。為測定體積流量,應用通過相應的一對測量電極引出的至少兩個電壓值,該兩個電壓值是在電磁結(jié)構(gòu)的不同的激勵狀態(tài)(例如兩個電磁體在相同的方向上和相反的方向激勵)中所測得的。隨后計算單元借助于經(jīng)驗地確定的參數(shù)處理該測量信號以得出流率輸出信號,在這種情況下消除了由于部分地填充測量管引起的誤差。為確保即使在測量管填充程度非常低的情況下至少一對測量電極電連接到待測介質(zhì)并能夠用于產(chǎn)生測量信號,在G9103046.3中描述的流量測量裝置具有兩對測量電極,這兩對測量電極中的一對設(shè)置在測量管橫截面的上面,另一對設(shè)置在底部。
此外,已有技術(shù)中還公開了下述方案,除了兩個測量電極設(shè)置在測量管的中央?yún)^(qū)以外,在一個測試電極在測量管的上部區(qū)域和另一個測試電極在測量管的底部區(qū)域中的每種情況中,底部測試電極常常接地。在測試電極上測量的電壓用作鑒別測量管的填充程度,而同時所需的流過測量管的體積流量信息可以從在測量電極上測量的電壓值中得出。
為了使測定測量管的填充程度的公知的裝置能夠普遍地使用,施加到測試電極上的測試電壓的電源電阻必須相對較高(例如,在100kΩ的數(shù)量級)。只有在這種方式中測定體積流量的裝置才能夠普遍地用于必須包括的大范圍的待測介質(zhì),正如所公知的,這些待測介質(zhì)的導電性彼此相差很大。
當不是應用一種緊湊的結(jié)構(gòu)即實際的傳感器和電子部分都容納在一殼體中而是應用這樣的一種測量裝置即在該裝置中的傳感器是在該過程中設(shè)置并經(jīng)連接導線(通常是同軸電纜)連接到遠處的轉(zhuǎn)換電子儀時,已知的方案的缺陷是顯然的。這種連接導線產(chǎn)生了取決于同軸電纜的長度的分壓,當連接導線超過一定的長度時,在測試電極上根本不能再得到可測量的電壓分量。因此,公知的識別測量管的填充程度的測量裝置只限于在一定的范圍中應用-即只能應用在緊湊的裝置中,或者應用在在傳感器和遠處的電子儀表之間的連接導線不超過大約10米的裝置中。
本發(fā)明基于這樣目的,即提供一種普遍適用并且成本效率合算的測量體積流量和/或識別測量管的填充程度的裝置。
通過如下的方式實現(xiàn)該目的,在測量管的上部區(qū)域提供至少一個測試電極,計算/控制單元將測試信號傳遞到測試電極,和計算/控制單元應用響應該測試信號的信號,通過測量電極接收所說的響應信號,以提供關(guān)于測量管填充程度的信息。依據(jù)本發(fā)明,通過將測試信號應用到測試電極實現(xiàn)所謂的“空管檢測”,該“空管檢測”是指識別測量管是完全填充或僅部分地填充或完全空。如果測量管被填充了,則所說的測試信號顯示作為在測量電極的響應信號。另一方面,如果測量管僅部分地填充或是空的,則在頂部測試電極和測量電極之間沒有電連接或存在干擾電連接。因此,在測量電極上沒有響應信號或其它的衰減的響應信號出現(xiàn)。
雖然在原理上一個測量電極就足夠確定體積流量和識別“空管檢測”,但是依據(jù)本發(fā)明的有利的實施例還提供了第二測量電極,該第二測量電極設(shè)置在與第一測量電極相對的測量管的區(qū)域中。兩個測量電極優(yōu)選在測量管的中心區(qū)域的直徑方向上彼此相對。
為了利用對稱的條件和作為這種情況的結(jié)果的冗余測量,以如下的方式相對于兩測量電極設(shè)置測試電極,距兩個測量電極中的每個電極的距離基本相同。因此通過測試電極輸出的測試信號在兩個測量電極的每個電極上產(chǎn)生基本相同的響應信號。在這種情況下如果出現(xiàn)相差較大,則在一定的情況下這表明出現(xiàn)故障,例如一個測量電極出現(xiàn)故障。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的進一步方案提供了第二測試電極,該第二測試電極與第一測試電極在直徑上基本相對著,第一測試電極優(yōu)選設(shè)置在測量管的頂點上,而第二測試電極優(yōu)選設(shè)置在測量管的最低點上。依據(jù)本發(fā)明的一種進一步改進裝置兩個測試電極中的一個測試電極接地。接地的測試電極優(yōu)選是設(shè)置在測量管的底部區(qū)域中的電極。如上文所指出,用作基準電極的第二測試電極并不是絕對需要的。接地板(grounding disk)也可以用作基準電位,所說板是例如形成在用于將流量計量裝置固定在管道系統(tǒng)中的法蘭上。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選方案建議測試信號是對稱的脈沖信號。這種實施例相對于任意的非對稱的信號具有優(yōu)點即在非對稱的信號的情況下相對較高的測試信號的能量密度能夠在待測介質(zhì)中產(chǎn)生電化學電位移動。如果測試信號設(shè)計成對稱的脈沖,則電位偏移大致平均為零。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施例提供一種計算/控制單元,該計算/控制單元對在測試電極和所說的一個測量電極/多個測量電極上的響應信號和測試信號進行相關(guān)。這是一種識別測試信號的響應信號是否出現(xiàn)在所說的一個測量電極/多個測量電極上的簡單且可靠的方法。
此外,依據(jù)本發(fā)明的裝置的有利的進一步方案,提供一種通過將在測試電極和/或在一個測量電極/多個測量電極上所測量的響應信號與預先確定的基準信號進行比較,確定填充度信息的計算/控制單元。分別在當前的過程和系統(tǒng)條件下在不同的測量過程中事先確定這些基準信號。由此在相關(guān)的裝置中設(shè)計容差,并使它們相對較小,其結(jié)果能夠提高測量的質(zhì)量,因此能夠?qū)崿F(xiàn)可靠地識別非完全填充的測量管。
依據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選方案提供一種存儲單元,優(yōu)選的基準信號存儲在該存儲單元中。
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)明的裝置的第一實施例的示意圖,附圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例的示意圖,附圖3所示為相關(guān)的驅(qū)動計算/控制單元的流程圖。
附圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施例的示意圖,附圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例的示意圖。在兩個實施例中的主要差別在于在第一實施例中僅有一個測量電極4和一個測試電極6,而在第二實施例中有兩個測量電極4,5和兩個測試電極6,7。
在兩個實施例的每個實施例中,待測量的介質(zhì)11在測量管的軸線10的方向上流過流量計(在該附圖中未示)的測量管2。待測量的介質(zhì)11至少是輕微地導電。測量管2本身由非導電材料制成,或至少是在其里面加有非導電材料的襯墊。
由于磁場垂直于待測量的介質(zhì)11的流動方向并通常由在直徑方向上設(shè)置的兩磁體(在該附圖中同樣看不著)產(chǎn)生,在待測介質(zhì)11中的電荷載流子遷移到測量電極4或相對的測量電極4,5上。在測量電極4上或在測量電極3,4上產(chǎn)生的電壓與在測量管2的橫截面中的待測量的介質(zhì)11的平均流速成比例,這就是說它是對在測量管2中的待測量的介質(zhì)11的體積流量的量度。順便提及的是,測量管2經(jīng)過連接元件例如法蘭連接到待測量的介質(zhì)11流過的管道系統(tǒng),在附圖中沒有示出連接元件。
在所示的兩個情況中,測量電極3,4都直接與待測量的介質(zhì)相接觸;然而,如上文所述,連接也可以是電容性的連接。
測量電極4,5和測試電極6,7經(jīng)過連接導線12,13或14,15,16連接到計算/控制單元8。所說的計算/控制單元8經(jīng)過連接線17連接到輸入/輸出單元。給計算/控制單元8分配一存儲單元10。
依據(jù)本發(fā)明的裝置1優(yōu)選按照如下的操作計算/控制單元8以預定的時間間隔tM將測試信號傳遞到測試電極6。測試信號優(yōu)選對稱的脈沖。如上文已經(jīng)解釋,當施加對稱地構(gòu)造的測試信號時在待測量的介質(zhì)11中感應的電位波動至少大致平均為零。因此體積流量測量幾乎根本不受所疊加的識別測量管2的填充程度的過程的干擾。
如果待測量的介質(zhì)11位于在測試電極6和測量電極4或測量電極4,5之間,傳遞到測試電極6的測試信號在測量電極4或在測量電極4,5上作為響應信號出現(xiàn)。計算/控制單元8優(yōu)選通過在測試信號和在相應的測量電極4,5上的響應信號之間進行相關(guān)運算來確定響應信號。
待測介質(zhì)11和其它的外部系統(tǒng)和測量過程情況都極大地影響依據(jù)本發(fā)明的裝置1最終測量體積流量的可靠性。因此,將一種確定的測試信號在確定的系統(tǒng)和測量過程情況下例如在完全填充測量管2的情況下傳遞到測試電極6。在測量電極4或測量電極4,5上分別地測定相應的響應信號。所測量的響應信號作為基準響應信號或作為理想的響應信號存儲在存儲單元10中。隨后所測定的所有的實際的響應信號都與這個基準響應信號進行比較。如果實際的響應信號在理想的響應信號周圍的預定容差Δ內(nèi),則這表明質(zhì)量流率的測量是在完全填充的測量管2中進行的。另一方面,如果實際的響應信號是在理想的響應信號周圍的預定容差A之外,則計算/控制單元8例如通過輸入/輸出單元通知操作員測量管2沒有完全填充滿。
附圖3所示為驅(qū)動計算/控制單元8的相關(guān)的流程圖。如上文所述,在預定的系統(tǒng)和測量過程條件下,在開始實際采集測量值時,將測試信號傳遞到測量電極6并將在測量電極4上的相應的響應信號存儲作為理想的響應信號或?qū)⒃跍y量電極4,5上的相應的響應信號都存儲作為理想的響應信號。此外,規(guī)定響應信號的容差Δ??扇〉氖菓猛耆畛錆M待測介質(zhì)11的測量管2測定基準響應信號。
在程序點18上,開始測量,計算步驟。借助于定時器(程序點19)和時間查詢(程序點20),在預定的時間tM之后,在程序點21將所確定的測試信號傳遞到測試電極6。在程序點22上測量在至少一個測量電極4,5上的響應信號。如果實際的響應信號在理想的響應信號周圍的預定的容差Δ之內(nèi),則通過計算/控制單元8按照理想的狀態(tài)進行計算。在預定的時間tM之后重復地執(zhí)行隨后的相應程序點。如果在程序點22,23的測量和計算表明實際的響應信號在理想的響應信號周圍的預定容差Δ之外,則通過輸入/輸出單元10給操作員指示測量管2不具有所定義的測量管2的填充度。
參考標號清單1依據(jù)本發(fā)明的裝置2測量管3測量管軸線4第一測量電極5第二測量電極6第一測試電極7第二測試電極8計算/控制單元9輸出/輸入單元10存儲單元11待測介質(zhì)
12連接導線13連接導線14連接導線15連接導線16連接導線17連接導線
權(quán)利要求
1.一種測量在測量管的軸線方向流經(jīng)測量管的待測介質(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)、至少一個測量電極和計算/控制單元,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,該測量電極設(shè)置在測量管的側(cè)面區(qū)域中并電或電容地連接到待測量的介質(zhì),該計算/控制單元應用在測量電極中感應的測量電壓提供在測量管中的待測介質(zhì)的體積流量信息,其中在測量管(2)的上部區(qū)域提供至少一個測試電極(6;7),計算/控制單元(8)將測試信號傳遞到測試電極(6;7),以及計算/控制單元(8)應用該測試信號的響應信號提供關(guān)于測量管(2)的填充程度的信息,所說的響應信號是通過所說的測量電極(4;5)接收的。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置,其中在與第一測量電極(4;5)相對的測量管(2)的區(qū)域中提供第二測量電極(5;4)。
3.如在權(quán)利要求2中所述的裝置,其中兩個測量電極(4,5)在測量管(2)的中心區(qū)域中在直徑上彼此相對著。
4.如權(quán)利要求1,2或3所述的裝置,其中測試電極相對于兩測量電極這樣設(shè)置距兩個測量電極中的每個測量電極的距離基本相同。
5.如權(quán)利要求1,2,3或4所述的裝置,其中提供第二測試電極(7;6),該第二測試電極與第一測試電極(6;7)基本在直徑上相對著,第一測試電極(6;7)優(yōu)選設(shè)置在測量管(2)的頂點,而第二測試電極(7;6)優(yōu)選設(shè)置在測量管(2)的最低點。
6.如權(quán)利要求1,2,3,4或5所述的裝置,其中兩個測試電極(6,7)中的一個接地。
7.如權(quán)利要求1所述的或權(quán)利要求2至6中一個或多個權(quán)利要求所述的裝置,其中測試信號是對稱的脈沖。
8.如權(quán)利要求1或7述的裝置,其中計算/控制單元(8)將在測試電極(7;6)和/或測量電極(6;7)/測量電極(6,7)上的響應信號與測試信號進行相關(guān)計算。
9.如權(quán)利要求1,7或8所述的裝置,其中計算/控制單元(8)通過將在測試電極(6;7)和/或在測量電極(4;5)/測量電極(4,5)上所測量的響應信號與預先確定的基準信號進行比較確定測量管(2)的填充度信息。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置,其中預先確定的基準信號是用測量管(2)確定的填充程度所測定的,并且是相應的特定處理過程參數(shù)的函數(shù)。
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置,其中提供用于存儲預先確定的基準信號的存儲單元(10)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種普遍適用并且成本效率合算的測量測量管(2)的體積流量和識別其填充程度的裝置。在測量管(2)的上部區(qū)域提供至少一個測試電極(6;7),計算/控制單元(8)將測試信號傳遞到測試電極(6;7),計算/控制單元(8)應用該測試信號的響應信號提供關(guān)于測量管(2)填充程度的信息,所說的響應信號是通過該測量電極(4;5)接收。
文檔編號G01F1/60GK1299962SQ0013661
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