專利名稱：用于磁感應確定介質(zhì)流速的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種方法，用于磁感應確定在測量管軸線方向流經(jīng)測量管的介質(zhì)的流速，其中磁場基本垂直于測量管軸線地切割測量管，其中在基本垂直于測量管軸線布置的至少一個測量電極中感應測量電壓，并且其中感應的測量電壓提供關于測量管中的介質(zhì)的體積流量的信息。另外，本發(fā)明涉及相應的裝置。
背景技術：
磁感應流量測量儀表使用電磁感應原理用于體積流量測量垂直于磁場移動的介質(zhì)的載流子在同樣基本上垂直于介質(zhì)流動方向布置的測量電極中感應電壓。這個在測量電極中感應的電壓與在管道橫截面上的平均介質(zhì)流速成比例；因而，它與體積流量成比例。
測量電極與介質(zhì)電流耦合或電容耦合。如果測量電極接觸介質(zhì)，那么隨著時間流逝而在測量電極的表面上形成沉淀。這種沉淀形成的結果是流量測量儀表故障。如果沉淀由不導電材料組成，那么流量測量儀表不再發(fā)送任何測量值。
盡管在下文中，都是將在測量電極上的沉淀形成作為流量測量儀表的故障原因或停機原因而進行說明，但是本發(fā)明也可以廣泛應用于可能在磁感應流量測量儀表中產(chǎn)生的其它故障的識別。
為了從測量電極消除不期望的導電材料沉淀，EP 0 337 292提出通過施加直流或交流電壓而以預定時間間隔清潔測量電極。盡管自動清潔測量電極比手動執(zhí)行清潔具有顯著的優(yōu)點，已知的測量電極自動清潔還具有缺點首先，它不能廣泛應用于所有材料的沉淀，僅適用于消除導電沉淀。另外，自動清潔是預防性地以預定時間間隔進行的；因而不能保證清潔發(fā)生在確實需要的時間點。
由于眾多原因，測量電極的預防性清潔是不期望的由于測量電壓必須首先在測量電極上再次升高，所以對于在清潔程序之后的一段時間不可能進行體積流量測量。另外，由于在清潔的時間點，沉淀形成的程度在很大程度上是未知的，所以用于清潔測量電極的電流供應在嚴格預定的時間周期內(nèi)發(fā)生。于是，在完成自動清潔之后是否確實達到測量電極的最佳狀態(tài)只能靠運氣或者操作人員的相關經(jīng)驗。在正常情況中，在自動清潔之后，或者在測量電極上仍然有沉淀，或者因為施加清潔電壓的時間超過需要而令測量電極已經(jīng)被破壞。
更嚴重的問題是，當作為預防而必須除去測量電極的不導電沉淀時，測量過程中斷。流量測量儀表的停工期在這種情況中更大，因為消除不導電沉淀只能通過機械方法進行；即，流量測量儀表必須被卸載并且測量電極必須被手動清潔。
從EP 1 108 988 A1已知一種關于如何精確地自動識別沉淀形成的解決方案，以根據(jù)需要將該沉淀從測量電極移除。為此，將確定的測試信號發(fā)送至測量電極；根據(jù)確定測試信號的應答信號和/或根據(jù)由確定測試信號的應答信號而確定的參考量，確定測量電極是否發(fā)送正確的測量值。為了簡化，下面將確定測試信號的應答信號和/或由確定測試信號的應答信號而確定的參考量稱為實際值。通過根據(jù)本發(fā)明的方法，較早識別到流量測量儀表逐漸接近故障，從而隨后可以有針對性地作用于它。特別地，在這個公開文本中，將每個實際值與預定的期望值比較，并當實際值偏離期望值時，顯示、輸出和/或存儲故障。
已知的技術方案提供了在許多方面的期望的成功。然而，當在測量電極處測試信號的應答信號的張弛時間超過測量周期的持續(xù)時間時，發(fā)生測量誤差和錯誤解釋。由于在測量周期后切換磁場，所以會發(fā)生調(diào)節(jié)/分析單元用信號通知達到期望值的情況；然而實際上，假定的實際值并不指示超過可容許的沉淀形成，而是源自在測量電極上不同電壓值的重疊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和裝置，其特征在于可靠地識別磁感應流量測量儀表的沉淀形成。
根據(jù)本發(fā)明的方法這樣實現(xiàn)這個目的向測量電極發(fā)出具有確定脈沖長度的測試脈沖；對于至少兩個測量時間點確定對于測試脈沖的至少一個應答信號；測量時間點在時間窗中，選擇該時間窗，使得在這個時間窗中在測量電極上不發(fā)生可預測的干擾信號；基于在測量時間點中確定的應答信號，確定張弛時間或者測量電極達到預定放電狀態(tài)所需的時間長度；并且根據(jù)確定的張弛時間，或者根據(jù)測量電極達到確定放電狀態(tài)所需的時間長度，識別或能夠識別測量電極的故障。
根據(jù)本發(fā)明的方法的具有優(yōu)點的進一步發(fā)展，由測量電極上沒有發(fā)生由沉積物引起的故障而定義開始狀態(tài)，在開始狀態(tài)中，確定張弛時間或者測量電極達到確定放電狀態(tài)所需的時間長度，并且將這樣確定的張弛時間或測量電極達到確定放電狀態(tài)所需的時間長度作為期望值而存儲。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的具有優(yōu)點的實施例中，向測量電極施加具有預定或可預定脈沖長度和/或具有預定或可預定脈沖重復頻率的測試脈沖。特別地，依賴于測量位置的條件，特別是依賴于測量介質(zhì)而預定或確定測試脈沖的脈沖長度和/或測試脈沖的脈沖重復頻率。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的方法的具有優(yōu)點的實施例中，根據(jù)張弛時間的時間改變，或者根據(jù)測量電極達到確定放電狀態(tài)所需的時間長度的改變，識別測量電極是否正確工作或者測量電極是否存在故障。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例中，當張弛時間的時間改變或者測量電極達到確定放電狀態(tài)所需的時間長度的改變超過期望值容許范圍之外，或者當張弛時間或者測量電極達到確定放電狀態(tài)所需的時間長度有傾向地改變時，顯示和/或發(fā)出故障或者對即將到來故障的提示。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果選擇時間窗使得它位于測試脈沖施加至待測測量電極的時間點之后，并且位于在待測測量電極處切換磁場的時間點之前，將是特別具有優(yōu)點的。在這個前面所述的時間窗之內(nèi)，保證不會由于磁場布置的磁場切換而在測量電極處發(fā)生電勢改變。
關于根據(jù)本發(fā)明的方法，另外還提出，對于由于在測量電極上形成導電沉淀而發(fā)生故障的情況，一旦顯示和/或發(fā)出故障，就啟動測量電極的自動清潔。對于由于在測量電極上形成導電或非導電沉淀而發(fā)生故障的情況，例如產(chǎn)生相應的顯示和/或輸出，指示測量電極需要被清潔。特別地，利用施加直流或交流電流而進行測量電極的自動清潔。
根據(jù)本發(fā)明的裝置這樣實現(xiàn)目的調(diào)節(jié)/分析單元在至少兩個測量時間點確定測試脈沖的至少一個應答信號，其中測量時間點在確定的時間窗內(nèi)，其中這樣選擇時間窗，使得在這個時間窗中在測量電極上不發(fā)生可預測的干擾信號；并且調(diào)節(jié)/分析單元基于在預定的測量時間點中確定的應答信號，確定張弛時間或者測量電極達到預定放電狀態(tài)所需的時間長度。
特別具有優(yōu)點的是，測試脈沖是具有確定的和/或可確定的脈沖長度的矩形脈沖。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細解釋本發(fā)明，附圖中
圖1是本發(fā)明的裝置的示意圖；圖2說明了對于不同的沉淀形成，在測量電極上的電極電位的張弛特性。
具體實施例方式
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置1的示意圖。在本發(fā)明中沒有特別顯示的流量測量儀表的測量管2中沿測量管軸線10的方向流經(jīng)同樣沒有特別顯示的介質(zhì)。介質(zhì)是至少較小程度地導電的。測量管2本身由不導電材料制成，或者至少在其內(nèi)側涂覆不導電材料。作為通常由兩個在直徑上相對設置的電磁體(未顯示)產(chǎn)生的垂直于介質(zhì)流動方向的磁場的結果，介質(zhì)中的載流子遷移到相對極性的測量電極3；4。在兩個測量電極3、4之間產(chǎn)生的電壓與測量管2的橫截面上的平均介質(zhì)流速成比例，即，它是測量管2中介質(zhì)的體積流量的量度。通常，測量管2經(jīng)由連接元件(未顯示)與介質(zhì)所流經(jīng)的管道系統(tǒng)相連。
在所示的情況中，兩個測量電極3、4與介質(zhì)2直接接觸，從而隨著時間推移，在測量電極3、4上形成介質(zhì)顆粒的沉淀11、12。這個沉淀形成自然影響在測量電極3、4上測量的感應電壓的值。如果沉淀來自不導電材料，那么流量測量儀表完全不能再工作。
為了將體積流量測量中的誤差保持在預定的容限內(nèi)，很長時間以來，通常在固定的預定時間長度之后清潔流量測量儀表的測量電極3、4。正如上面已經(jīng)討論的，這些基于經(jīng)驗確定的清潔過程之間的時間間隔具有嚴重的缺點。
連接線路5、6將測量電極3、4與調(diào)節(jié)/分析單元7相連。根據(jù)本發(fā)明，調(diào)節(jié)/分析單元7經(jīng)由連接線路5、6向測量電極3、4發(fā)出測試脈沖UP，在最簡單的情況中，測試脈沖UP是矩形脈沖。根據(jù)對應答信號的張弛特性的連續(xù)觀察，可以識別在測量電極3、4上逐漸的沉淀形成。使用上面已經(jīng)說明的合適的措施，可以處理這種沉淀形成。在從EP 1108 988 A1已知的技術方案的情況中，張弛時間τ意味著測試信號(例如，矩形脈沖UP)的應答信號達到預定閾值Ui所需的時間間隔。正如已經(jīng)提到的，這種已知方法的缺點在于，張弛時間τ的結束可能已經(jīng)位于下一個測量周期中，而在下一個測量周期中磁場以及測量電極3、4上的電壓具有相反的符號。由此，盡管作為測量電極3、4上的負電壓和正電壓的相應疊加的結果而低于預定閾值Ui，仍然可以作出對于發(fā)生容限之外的沉淀形成的指示。
通常，依賴于在盡可能干凈的測量電極3、4的情況中的各個主導系統(tǒng)及過程條件而確定張弛時間τ的期望值。由于張弛時間τ依賴于過程及系統(tǒng)條件，所以當在過程本身中的“沉淀形成識別”被標定時是非常有優(yōu)點的。這個標定是例如通過重復施加不同長度tP的測試脈沖(例如矩形脈沖UP)并且隨后優(yōu)選地根據(jù)本發(fā)明確定張弛時間τ而進行的。測試脈沖UP的脈沖長度tP改變，直至張弛時間τ位于確定的時間窗tEND-tBEGIN內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，這樣選擇這個時間窗tEND-tBEGIN，使得不會發(fā)生可預測的干擾信號，例如在磁場的切換時間點附近出現(xiàn)的干擾信號。測試信號UP的確定的脈沖長度tP甚至幅度以及相關聯(lián)的張弛時間τ被存儲作為期望值。
為了執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法，向測量電極3、4發(fā)送測試脈沖UP，特別是具有先前確定的脈沖長度tP的矩形脈沖；然后，在至少兩個測量時間點t1、t2確定測試脈沖UP的應答信號，其中測量時間點t1、t2位于時間窗tEND-tBEGIN之內(nèi)，正如上面已經(jīng)提到的，這樣選擇時間窗，使得在這個時間窗tEND-tBEGIN內(nèi)，在測量電極3、4上不發(fā)生可預測的干擾信號。特別地，干擾信號由磁場的切換而引起。特別地，這樣選擇時間窗tEND-tBEGIN，使得它位于達到在測量電極3、4上檢測電壓U的線性區(qū)域以及在測量周期結束處的測量時間點tEND之間。為了確定張弛時間τ，必須知道測量電極3、4上的兩個電壓值U1、U2。其中一個可以例如與測試脈沖UP相同，而另一個是通過在較晚的測量時間點t2測量而獲得，其中測量時間點t2位于時間窗tEND-tBEGIN內(nèi)。根據(jù)對于不同測量時間點t1、t2已知的和/或確定的電壓值，確定張弛時間τ或者測量電極3、4達到預定放電狀態(tài)Ui所需的時間長度；根據(jù)確定的張弛時間τ，或者根據(jù)測量電極3、4達到達到預定放電狀態(tài)Ui所需的時間長度，識別或者能夠識別測量電極3、4的故障，特別是由于沉淀形成而引起的故障。
對于兩個測量時間點t1、t2是位于時間窗tEND-tBEGIN內(nèi)的任何測量時間點的情況，可以通過以下公式計算張弛時間τ，關于命名，參考圖2τ≈ln(U2-UiUP)-ln(U1-UiUP)t2-t1]]>如果時間窗tEND-tBEGIN的邊緣是測量時間點tBEGIN、tEND，那么公式變?yōu)?amp;tau;≈ln(UEND-UiUP)-ln(UBEGIN-UiUP)tEND-tBEGIN]]>如果在用于沉淀形成識別的下一周期性測量中，確定測試脈沖的張馳時間τ的計算實際值在張馳時間τ期望值的一定的容限之外，那么在流量測量儀表的顯示單元8上顯示故障；作為另一種選擇，在形成導電沉淀11的情況中，可以啟動自動清潔過程。
根據(jù)本發(fā)明，當在測量電極3、4上發(fā)生的沉淀形成足夠強，導致在測量電極3、4上的測量值的不可接受的破壞時，可以進行測量電極3、4的清潔或者關于需要測量電極3、4的清潔的顯示。以這種方式，可以優(yōu)化兩個清潔步驟之間的時間長度從而，一方面，在流量測量儀表發(fā)出錯誤的測量值之前，或者在不導電沉淀11的情況中在完全沒有再發(fā)出測量值之前，執(zhí)行清潔；另一方面，僅當確實需要時才進行清潔，并且不將清潔作為以根據(jù)經(jīng)驗而確定的一定時間間隔的預防性維護。
圖2顯示了在不同程度的沉淀形成的情況中，在測量電極3、4上的電極電位的張馳特性。將確定時間長度tP的矩形脈沖UP發(fā)送至測量電極3、4。調(diào)節(jié)/分析單元7根據(jù)在兩個不同測量時間點t1、t2測量的電壓值，計算張馳時間τ。這兩個測量時間點t1、t2位于確定的時間窗tEND-tBEGIN之內(nèi)。
附圖標記1根據(jù)本發(fā)明的裝置2測量管3測量電極4測量電極5連接線路6連接線路7調(diào)節(jié)/分析單元8顯示單元9連接線路10測量管軸線11沉淀
權利要求
1.用于磁感應確定介質(zhì)的流速的方法，該介質(zhì)在測量管軸線的方向上流經(jīng)測量管(2)，其中的磁場基本垂直于測量管軸線切割測量管(2)，其中在基本垂直于測量管軸線安排的至少一個測量電極(3，4)中感應測量電壓，并且其中感應的測量電壓傳達有關在測量管(2)中的介質(zhì)的體積流量的信息，其特征在于，向測量電極(3，4)發(fā)出具有確定脈沖長度(tP)的測試脈沖(UP)；在至少兩個測量時間點(t1，t2)確定對于測試脈沖(UP)的至少一個應答信號；測量時間點(t1，t2)在時間窗(tEND-tBEGIN)中，選擇該時間窗，使得在這個時間窗(tEND-tBEGIN)中在測量電極(3，4)上不發(fā)生可預測的干擾信號；基于在測量時間點(t1，t2)中確定的應答信號，確定張弛時間(τ)或者測量電極(3，4)達到預定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度；以及根據(jù)確定的張弛時間，或者根據(jù)測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度，識別或能夠識別測量電極(3，4)的故障。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在開始狀態(tài)中確定張弛時間或者測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度，該開始狀態(tài)是根據(jù)測量電極(3，4)上沒有發(fā)生由沉積物引起的故障而定義的；并且將所確定的張弛時間(τ)或測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度存儲作為期望值。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，向測量電極(3，4)施加具有預定或可預定脈沖長度(tP)和/或具有預定或可預定脈沖重復頻率的測試脈沖(UP)。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，依賴于測量位置的條件，特別是依賴于測量介質(zhì)，預定或確定測試脈沖(UP)的脈沖長度(tP)和/或測試脈沖的脈沖重復頻率。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中，根據(jù)張弛時間(τ)的時間改變，或者根據(jù)測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度的改變，識別測量電極(3，4)是否正確工作或者測量電極(3，4)是否存在故障。
6.根據(jù)權利要求2或5所述的方法，其中，當張弛時間的時間改變或者測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度的改變在期望值周圍的容許范圍之外，或者當張弛時間(τ)或者測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度有傾向地改變時，顯示和/或發(fā)出故障或者對即將到來故障的提示。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，選擇時間窗tEND-tBEGIN)，使得它位于測試脈沖(UP)施加至待測測量電極(3，4)的時間點(tP)之后，并且位于在待測測量電極(3，4)處切換磁場的時間點之前，
8.根據(jù)前述任一權利要求所述的方法，其中，對于由于在測量電極(3，4)上形成導電沉淀(11，12)而發(fā)生故障的情況，一旦顯示和/或發(fā)出故障，就啟動測量電極(3，4)的自動清潔。
9.根據(jù)權利要求1至7中任一條所述的方法，其中，對于由于在測量電極(3，4)上形成導電或不導電沉淀(11，12)而發(fā)生故障的情況，產(chǎn)生相應的顯示和/或輸出，指示測量電極(3，4)需要被清潔。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的方法，其中，通過施加直流或交流電流而進行測量電極(3，4)的自動清潔。
11.用于測量介質(zhì)流量的裝置，該介質(zhì)在測量管軸線的方向上流經(jīng)測量管(2)，所述裝置包括磁體布置，其產(chǎn)生切割測量管(2)并且基本橫切于測量管軸線分布的磁場；測量電極布置，其提供依賴于流經(jīng)測量管(2)的介質(zhì)的流速的測量值；和調(diào)節(jié)/分析單元(7)，其根據(jù)測量值確定測量管(2)中的介質(zhì)的流速，其特征在于，調(diào)節(jié)/分析單元在至少兩個測量時間點(t1，t2)確定測試脈沖(UP)的至少一個應答信號，其中測量時間點在確定的時間窗(tEND-tBEGIN)內(nèi)；這樣選擇時間窗(tEND-tBEGIN)，使得在這個時間窗(tEND-tBEGIN)中在測量電極(3，4)上不發(fā)生可預測的干擾信號；并且調(diào)節(jié)/分析單元(7)基于在預定的測量時間點(t1，t2)測量的應答信號，確定張弛時間(τ)或者測量電極(3，4)達到確定放電狀態(tài)(Ui)所需的時間長度。
12.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其中，測試脈沖是矩形脈沖(UP)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁感應方法，用于確定在測量管(2)軸線方向流經(jīng)測量管的介質(zhì)的流速。為了能夠早期并高度可靠地識別測量電極上的沉淀形成，向測量電極(3，4)發(fā)出具有確定脈沖長度(t
文檔編號G01N27/38GK1829901SQ200480021655
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權日2003年7月30日
發(fā)明者托馬斯·布德米格爾 申請人:恩德斯+豪斯流量技術股份有限公司