專利名稱：用于測量測量介質(zhì)中的雜質(zhì)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1和16前序部分的一種用于測量尤其 在感應(yīng)式(induktiv)流量測量儀中的以及具有與測量介質(zhì)接觸的電 極的這種4義器的測量介質(zhì)(Messmedium )中的雜質(zhì)的方法和i史備。
背景技術(shù)：
這是磁感應(yīng)操作的流量測量儀。其中，在限定的量管上感應(yīng)磁場， 并且在至少一對具有到流體的過渡(Uebergang)的電極上測量由》茲 場所產(chǎn)生的信號。
這種類型的方法和設(shè)備最近以用于檢測設(shè)備的狀態(tài)且用于檢測 測量介質(zhì)的流動中的干擾的診斷裝置而被使用。本來的確定流量的測 量信號只還次要地用于此。首要地，與測量介質(zhì)接觸的電極的結(jié)構(gòu)被 用于以電氣方式獲取特征性的(signifikante )測量值。在經(jīng)由電極饋 入信號中，在技術(shù)上對于電壓和電流設(shè)置極限值，這些極限值可靠地 防止在電極處在測量介質(zhì)中引入電解作用(Elektrolysevorgang )。
此外，除了對裝置本身的功能性干擾之外，測量介質(zhì)的均勻流還 產(chǎn)生干擾狀態(tài)(Stoerzustand )，例如通過空化作用(Kavitation )， 其中通過鴻流(turbulente Verstroemimg )，在管輪廓(Rohrkonturen ) 處產(chǎn)生低壓(Unterdruck)，使得在其他沒有氣泡的(gasblasenfrei) 的液態(tài)介質(zhì)中突然產(chǎn)生氣泡(Glasblasen)，這些氣泡然后一定還穿 過流量測量儀。此外，其他材料、諸如固體可以干擾測量介質(zhì)中的污 染物質(zhì)(Verschmutzung )等，使得與在氣泡的情況下類似，因此測 量總流量，該總流量不是僅僅對應(yīng)于本來期望的測量介質(zhì)的流量。尤 其是檢測這樣的狀態(tài)被證明是非常難的。
此外，流量測量儀經(jīng)受對于所確定的流量具有偏差(driftend)效果的老化過程(Alterungsprozessen )。 也就是說，誤差 (Fehlerhaftigkeit)增力口。
這里，現(xiàn)在尤其重要的是，能夠排除導(dǎo)致通常誤差的源。這些源 是測量介質(zhì)中的上述氣泡和粒子。
因此，為了識別老化效果(Alterungseffekte)，由氣泡或津立子所 產(chǎn)生的效果必須首先一次被識別出。
DE10243748以及DE10118002公開了電磁的流量測量器，其中 測量接地位置與一個或多個電極之間的阻抗。但是，這里不給出特征 性的檢測，例如流(Stroemung)中的氣泡的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于進(jìn)一步改進(jìn)這種類型的方法和設(shè)備，使 得能夠區(qū)別測量介質(zhì)中的氣泡和/或粒子的流量效應(yīng) (Durchflusseffekte )與其他誤差，因此流量確定更可靠。
對于這種類型的方法，根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)是通過權(quán)利要求l特 征部分中的特征來實現(xiàn)的。
在從屬權(quán)利要求2至15中給出了方法的進(jìn)一步的有利實施方式。
對于這種類型的流量測量設(shè)備，根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過權(quán)利要 求16的特征部分中的特征來實現(xiàn)。
在其余從屬權(quán)利要求中給出了流量測量設(shè)備的進(jìn)一步的有利實 施方式。
根據(jù)方法的發(fā)明的核心在于，為了檢測測量介質(zhì)中的氣泡和/或 粒子，向測量介質(zhì)施加磁場和/或電場，并且在一個或多個電極處讀出 電勢和/或電流，作為時間的函數(shù)電子地測量信號變化(Signalverlauf) A(t)以及其信噪比(Signal-Rausch-Anteil)，并且借助于統(tǒng)計分析確 定氣泡和/或粒子的存在。
其中，通過在一個或多個電極處施加一個或多個電壓和/或電流， 或者例如借助于磁場而引入電場，在傳感器單元內(nèi)部，信號技術(shù)地實 現(xiàn)電壓和/或電流的測量。電壓和/或電流的測量在一個或多個電極處進(jìn)行。由測量值的隨時間的波動可以確定流體中的雜質(zhì)或氣泡。其中
涉及特性(Eigenschaften )導(dǎo)電性與流體不同的粒子或氣泡。
上述測量方法也可以與其實現(xiàn)方式無關(guān)地被應(yīng)用在其中存在流
量的其他電極系統(tǒng)(Elektrodensystem )中的電磁流量計。 通過該測量的特點，能夠清楚地、可再現(xiàn)地檢測氣泡。 其中，測量信號被構(gòu)造為使得氣泡的信號調(diào)制在栽波信號上，其
中載波信號在本發(fā)明的情況下是被饋入的E場或基于B場的感應(yīng)場。
其中涉及"調(diào)幅"。
以公式表示，這表明，例如在一電極處饋入的信號通過下式表示 Uin=U0*cos(wt)。
在第二電極處所檢測的場/信號通過下式給出
Uout=A(t)*cos(wt+phi)。
其中，幅度為A(t)=U0*k*[l+a(t)。
其中，k是固定的因子，其取決于流量計的幾何形狀。Phi是這 兩個電極信號之間的相位差。
在這種情況下，該相位差非常小。因此，氣泡影響a(t)是相對于 被饋入的信號的倍數(shù)因子。
如果被饋入的信號是恒定的DC電壓(w=0)，貝'J
Uout~=(l+a(t))*k*U0=a(t)*k*U0+U0*k。
相反，例如由于測量電子裝置所產(chǎn)生的(外部)噪聲是加性的 (additiv),即以下形式
Uout=UO*k*cos(wt+phi)+deltaU(t))。
在優(yōu)選實施方式中，在信號噪聲變化A(t)中，關(guān)于其對于幅度的 中間位置(Mittellage)，產(chǎn)生正的和負(fù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；并且在出現(xiàn)不對 稱時確定在測量介質(zhì)中存在氣泡和/或粒子。其中，該特征 (Signmkanz )對于根據(jù)本發(fā)明所使用的效應(yīng)是決定性的。
在有利實施方式中，可以為這個新方法使用一系列統(tǒng)計參數(shù)。因 此，例如，統(tǒng)計參數(shù)是要分析的信號的非對稱性和/或自相關(guān)、和/或 平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)偏差和/或偏斜(Skewness)和/或方差。以有利的方式，輸入信號在至少為100Hz的頻率下被饋入到測量 介質(zhì)中，其中可以分離(Trennung ) 4皮饋入的信號對幅度信號 (Amplitudensignal)的時間關(guān)系(Zeitabhaengigkeit)。
以有利的方式，噪聲可變地在1到1000Hz的頻率范圍中被分析。 在該頻率窗(Frequenzfenster)中，該效應(yīng)在所提到的激勵條件下最 明顯且最可靠。
在另一有利實施方式中，信號強度自動地周期性地變化，并且可 以首先由噪聲的成比例的 一起增長(Mitwachsen )的準(zhǔn)則(Kriterium ) 定性地確定存在氣泡和/或粒子，并且然后進(jìn)行定量分析。
其中，使用以下認(rèn)識，即普通的(normal)噪聲與信號強度或幅 度無關(guān)，而由氣泡所導(dǎo)致的噪聲與幅度成比例地一起增長。因此，幅 度的變化也被產(chǎn)生，并且然后在可能的情況下被自動地分析，以確定 噪聲是成比例地一起增長還是保持恒定，即與幅度無關(guān)。因此，通過 該附加的措施，可以驗證關(guān)于在可能的情況下存在氣泡的測量技術(shù)假 設(shè)。
在另一有利實施方式中，記錄自適應(yīng)的(adaptiv)歷史數(shù)據(jù)。其 中，在所檢測的各信號值和基于其為氣泡和/或粒子的存在而評估確定 的、并在可能的情況下被定量的各值之間產(chǎn)生相關(guān)性，并且還以數(shù)據(jù) 相互的相關(guān)聯(lián)系地被存儲。其中，歷史數(shù)據(jù)的這樣的存儲以有利的方 式被自適應(yīng)地設(shè)置，使得在存儲設(shè)備中，用于氣泡檢測的技術(shù)性"經(jīng)驗 值，，始終被更新。以該方式，氣泡確定被持續(xù)地優(yōu)化。
在另一有利實施方式中，連同氣量(Gasmenge)和/或粒子量一
起顯示流量o
通過非對稱性的定性分析，可以然后在相應(yīng)的校準(zhǔn)和繼續(xù)的適配
中甚至確定所述的在測量介質(zhì)中氣泡中所夾帶(mitfuehren)的氣量 和/或粒子量。
在另一有利實施方式中，在確定存在氣泡時，在流量測量設(shè)備的 顯示器上產(chǎn)生色彩變換(Farbwechsel),以便相應(yīng)地表示流量的目前 測量值是氣泡加載的(gasblasenbelastet)。在有利的實施方式中，通過在第一電極處的饋入(Einspeisung ) 和在另一電極處的信號接收(Signalabnahme )產(chǎn)生場，并且量管被 接地，并且相對于地電勢產(chǎn)生和測量信號，
但是，可替換地，饋入和信號接收也可以在相同的電極上實現(xiàn)。 關(guān)于流量測量設(shè)備，本發(fā)明的核心在于，為了檢測測量介質(zhì)中的 氣泡和/或粒子，在至少一個電極處作為時間的函數(shù)電子地測量幅度信 號變化A(t)及其信號噪聲變化，并且能夠被讀入用于數(shù)學(xué)再處理的電 子分析裝置中并能夠被分析，并且借助于統(tǒng)計分析能夠確定氣泡和/ 或粒子的存在，并且通過自適應(yīng)的與歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段比較 (Datenfeldvergleich )能夠被定量和能夠在顯示設(shè)備或讀出設(shè)備中顯 示/讀出。
在有利的實施方式中，顯示設(shè)備是能夠色彩變換的 (farbwechselfaehig )顯示器，該顯示器才艮據(jù)確定測量介質(zhì)中的氣泡 和/或粒子而自動地先對于沒有氣泡/粒子的顯示狀態(tài)變換顯示背景色 彩(Displayhintergmndfarbe)。因此，操作者能夠立即、即在更大 的距離也能夠識別當(dāng)前的流量是氣泡加載的。
在另一有利的實施方式中，用于確定氣泡和/或粒子的電子裝置 被組合為單獨的或可分離的設(shè)備，該設(shè)備也能夠事后模塊地連接/安裝 在感應(yīng)式或電容式或其他的流量測量設(shè)備的測量結(jié)構(gòu)上。


本發(fā)明在附圖中被示出，并且在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。其中 圖1示出了信號表示，
圖2示出了幅度相對于零位置(Nulllage)的分布函數(shù)，
圖3示出了基本結(jié)構(gòu)，
圖4示出了具有磁感應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
圖1示出了氣泡含量(Luftblasenanteil)為大約1。/。的幅度A(t)的時間信號。這里，已經(jīng)能夠識別其關(guān)于零位置的非對稱分布。這能
夠歸因于流動的介質(zhì)中存在氣泡。其中，1kHz的AC (直流)信號電 壓已經(jīng)被解調(diào)，即只顯示幅度。該表示顯示了 400毫秒的片段。
圖2在多個單獨視圖中更清楚地示出了本來的效應(yīng)。上面的曲線 是幅度最大值關(guān)于中心的零位置的分布的統(tǒng)計表示。其中能夠看出， 分布是對稱的，這在氣泡含量為0%時獲得。第二個曲線(即中間的 曲線)表示氣泡含量為1%時的幅度最大值分布，其中已經(jīng)能夠看出 關(guān)于零位置的分布的明顯非對稱性。
在下面的表示中表示了 5%的氣泡時的分布，并且因此更明顯。 能夠看出，非對稱性的量度能夠直接確定氣泡的含量。
為此，圖3示出了原理性的測量技術(shù)構(gòu)造，其中電信號(電流或 電壓)被施加在一電極處。在另一電極處測量該信號。這兩個電極之 間的介質(zhì)由于物理特性與該介質(zhì)不同的雜質(zhì)而變化。借助于時域 (Zeitbereich )和/或頻域(Frequenzbereich )中的信號處理(解調(diào)、 濾波、傅立葉分析)以及計算統(tǒng)計參數(shù)(信號的非對稱性、平均值、 標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏斜、方差、自相關(guān))，能夠確定雜質(zhì)，如圖1或2所示 的那樣。
在該表示中，對于信號饋入和信號接收，使用不同的電極。
圖4以磁感應(yīng)的流量測量儀的方式示出了具有施加的/f茲場的構(gòu)
造。其中使用兩個電極。其中，磁場被施加在磁感應(yīng)流量計處。其中，
由于洛倫茲力而在運動的流體中產(chǎn)生電場。信號分析與第一實施例類
似。其也可以與流量測量并行地進(jìn)行。
為了識別介質(zhì)的變化，測量儀可以被不同地設(shè)置。為了識別，首
先可以以測量流體(Messfluessigkeit)、并且在可能的情況下還以已
知的雜質(zhì)污染(Fremdkoerperverunreinigung )進(jìn)行出廠校準(zhǔn) (Werkskalibrierung)或在客戶處的校準(zhǔn)?？商鎿Q地，可以其次還確
定長時間的平均值，該平均值使得可以檢測由于雜質(zhì)所導(dǎo)致的介質(zhì)的改變。
通過使用不同的被饋入的信號來進(jìn)行測量還可以使得能夠識別氣泡。
統(tǒng)計分析使得可以能夠最后給出雜質(zhì)的可能性。
為了使設(shè)備對例如所確定的粒子或者粒子和氣泡之間的差別敏 感，可以通過與建立的被驗證的測量結(jié)果的所存儲的模式比較而自適 應(yīng)地分析當(dāng)前數(shù)據(jù)。
用于測量介質(zhì)、優(yōu)選為液體的測量介質(zhì)中氣泡和/或粒子測量的 測量設(shè)備也可以在所有流量測量設(shè)備中被應(yīng)用。甚至與流量測量設(shè)備 無關(guān)地在管線內(nèi)存在流量的任何地方被應(yīng)用。該附加的通用應(yīng)用在這 樣的實施方式中最可能，即氣泡和粒子測量是單獨的或可分離的設(shè)備。
權(quán)利要求
1. 一種用于測量尤其在感應(yīng)式流量測量儀中的以及具有與測量介質(zhì)接觸的電極的這種儀器的測量介質(zhì)中的雜質(zhì)的方法，其特征在于，為了檢測測量介質(zhì)中的氣泡和/或粒子，為所述測量介質(zhì)施加磁場和/或電場，在一個或多個電極處讀出電勢和/或電流，作為時間的函數(shù)電子地測量信號變化A(t)及其信噪比，并且借助于統(tǒng)計分析確定氣泡和/或粒子的存在。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，統(tǒng)計參數(shù)是用于 分析的信號的非對稱性和/或自相關(guān)、和/或平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)偏差和/或 偏斜和/或方差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述場通過 一個或多個電極處的電流信號或電壓信號而被施加，并且在一個或多 個電極處測量所述信號A(t)。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所迷 場通過在第一電極處的饋入和在另一電極處的信號接收而產(chǎn)生，并且 量管被接地，并且相對于地電勢產(chǎn)生和測量所述信號。
5. 根據(jù)前迷權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在相 同電極處進(jìn)行饋入和信號接收，例如在測量電極電流中施加交變電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，例如通過在磁感 應(yīng)的流量測量器中存在的線圏施加磁場作為信號，并且在一個或多個 電極處測量電流信號和/或電壓信號。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所迷的方法，其特征在于，輸入信號在高頻率下、優(yōu)選至少為100Hz的頻率下被饋入到所述測量介質(zhì) 間關(guān)系的分離?！浮?"、、 纟。一一恭
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在頻 率范圍1到1000Hz中分析噪聲，其中所述頻率范圍可以被固定地選 擇或者被適配到流量速率。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，信號 強度被自動地改變，并且根據(jù)噪聲的成比例的一起增長的準(zhǔn)則確定氣 泡和/或粒子的存在，并且然后進(jìn)行定量的分析。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過 在對于雜質(zhì)典型的頻率范圍中信號功率的積分以及與歷史或不被影響 的頻率范圍的比較，或者通過濾波和求平均和/或通過統(tǒng)計方法，借助 于信號處理分析幅度信號，以便由此確定雜質(zhì)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù) 信號噪聲變化A(t)，關(guān)于其對于幅度的中間位置計算正的和負(fù)的加權(quán)， 并且在出現(xiàn)非對稱性時確定在測量介質(zhì)中存在氣泡和/或粒子。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，接受 自適應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)，并且將當(dāng)前測量值與這些數(shù)據(jù)比較。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，顯示 流量和/或氣量和/或粒子量。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，基于 異物含量校正流體流量速率。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在超 過信噪比和/或異物/氣體含量的可選閾值時，顯示診斷信號。
16. —種流量測量設(shè)備，尤其是在感應(yīng)式流量測量設(shè)備中，以及 具有與測量介質(zhì)接觸的電極的這種儀器中，其特征在于，為了檢測測 量介質(zhì)中的氣泡和/或粒子，幅度信號變化A (t)及其信號噪聲變化 在至少一個電極處作為時間的函數(shù)被電子地測量，并且在用于數(shù)學(xué)再 處理的電子分析裝置中能夠被讀入和能夠被分析，并且借助于統(tǒng)計分 析能夠確定氣泡和/或粒子的存在，并且通過與歷史數(shù)據(jù)的自適應(yīng)的數(shù) 據(jù)段比較能夠被定量并能夠在顯示設(shè)備或讀出設(shè)備中顯示/讀出。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量測量設(shè)備，其特征在于，顯示 設(shè)備是能夠色彩變換的顯示器，該顯示器根據(jù)在測量介質(zhì)中確定氣泡 和/或粒子而相對于沒有氣泡/粒子的顯示狀態(tài)自動地變換顯示背景色 彩。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的流量測量設(shè)備，其特征在于，在確 定在測量介質(zhì)中存在氣泡和/或粒子時，能夠在顯示器上產(chǎn)生閃爍過程 或顯示狀態(tài)。
19. 一種用于檢測能夠流動的測量介質(zhì)中的氣泡和/或粒子的測 量設(shè)備，尤其是具有根據(jù)權(quán)利要求16、 17或18所述的流量測量設(shè)備， 其特征在于，用于確定氣泡和/或粒子的電子裝置被組合為單獨的或可 分離的設(shè)備，該設(shè)備能夠在事后模塊化地連接/安裝在任意流量測量設(shè) 備的測量結(jié)構(gòu)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1和16前序部分的流量測量方法及相應(yīng)的流量測量設(shè)備，尤其是在感應(yīng)式流量測量儀中，其中在量管中流動的測量介質(zhì)在電極處被施加以電信號，并且確定測量電極處的響應(yīng)函數(shù)作為流量的量度。根據(jù)本發(fā)明，為了實現(xiàn)測量介質(zhì)中的氣泡和/或粒子的流量影響能夠與其他誤差區(qū)別并因此使得流量確定更可靠，為了檢測測量介質(zhì)中的氣泡和/或粒子，為介質(zhì)施加磁場和/或電場，在一個或多個電極處讀出電勢和/或電流，作為時間的函數(shù)電子地測量信號變化A(t)及其信噪比，并借助于統(tǒng)計分析確定氣泡和/或粒子的存在。
文檔編號G01N27/06GK101424652SQ20081017515
公開日2009年5月6日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者D·施拉格, 卡伊·亨肯, 哈拉爾德·格羅斯, 雅各布·弗里奇 申請人:Abb股份公司