专利名称：测定在测量管中的介质的流率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定在测量管中的介质的流率的方法，该介质基本在测量管的轴线方向流过测量管，磁场基本垂直于测量管的轴线地穿过测量管，在基本垂直于测量管轴线上设置的至少一个测量电极上感应测量电压，所感应的测量电压产生在测量管中的介质的体积流量的信息。此外，本发明涉及一种测定在测量管中的介质的流率的装置。
电磁流量计利用电磁感应的原理进行体积流量的测量相对于磁场垂直地运动的介质的电荷载流子在测量电极上产生电压，该测量电极同样地基本垂直于介质的流动方向设置。这种在测量电极上所感应的电压与介质在测量管的整个截面中的平均流速成比例；因此与体积流量成比例。
测量电极电或电容地连接到介质。如果测量电极与介质相接触，则最后在测量电极的表面上形成覆层。形成覆层导致了流量计的故障。如果覆层是非导电材料形成的，则流量计根本不能再产生任何测量值。
虽然在下文中总是将在测量电极上形成覆层描述为流量计产生故障或丧失功能的原因，但是本发明还是可以普遍地用于识别在电磁流量计上产生的其它的故障。
为消除测量电极上的导电材料形成的不希望的覆层，EP0337292提供了应用直流或交流电压在预定的时间间隔清理测量电极。尽管自动清理测量电极比用手动清理具有很大的优点，但是公知的测量电极自动清理仍然具有如下的缺点第一，它不能普遍地用于由任何材料构成的覆层-它只是在除去导电覆层时起作用。此外，只能在预先确定的时间间隔上实施预防性的自动清理；因此，不能保证在非常需要的时间点上进行清理。
测量电极的防预性的清理是断续的并且由于许多原因是不理想的由于测量电压必须首先在整个测量电极上再次建立，因此在清理过程之后的一定的时间周期中不能进行体积流量测量。此外，由于在清理的时间中覆层形成的程度是完全未知的，所以为清理测量电极需要在固定的预定持续时间中提供功率。因此至于在自动清理之后是否实际实现了测量电极的所需的最佳状态要求操作员凭经验判断。通常，可以认为在自动清理之后在测量电极上仍然存在覆层或由于施加的清理电压时间太长造成测量电极已经损坏。
作为一种预防措施如果必须清除测量电极的非导电覆层则中断测量过程将造成更严重的差值。由于非导电覆层仅能够机械地除去，因此在这种情况下流量计的不能工作的时间将更长。这就是说，必须拆卸流量计，手动清理测量电极。
本发明基于这样的目的提供一种能够自动地识别在电磁流量计中产生的故障的方法和装置。
关于本方法，通过如下的方案实现该目的，将所定义的测试信号传递到测量电极，应用对所定义的测试信号的响应信号和/或应用从对所定义的信号的响应信号中所确定的基准变量，确定测量电极是否产生了正确的测量值。为简洁起见，对所定义的测试信号的响应信号和/或从对所定义的信号的响应信号中所确定的基准变量在下文中都称为实际值。通过依据本发明的方法，可以提前识别隐伏的流量计故障，以便随后能够以预定的方式来消除。
依据本发明的方法一种有利的进一步方案是相应的实际值与预定的理想值进行比较，如果实际值偏离理想值，指示和/或输出和/或存储故障。
依据本发明的方法的优选的实施例仅在实际值落在理想值的预定的容差范围之外才指示和/或输出故障。在流量计的测量操作的过程中干扰的发生通常是隐伏的，因此仅在测量值超过预定的容差时才出现实际的故障。在一个或多个测量电极上形成覆层被认为是以这种隐伏的方式发生故障的一个实例。
还发现如果将理想值作为相应的测量过程和/或系统条件的函数来测定和存储是很有利的。结果，例如在一个测量电极上形成的覆层极大地取决于通常的流速和介质特性。如果参考相应的系统和处理过程的情况选择理想的值，在适当的时候最佳地识别并消除在流量计上的将发生的故障是可能的。
顺便提及的是，在测量电极上非导电覆层的形成使流量计不能再工作。如果包含导电覆层，则流量计产生错误的测量值。
在测量电极上形成导电覆层的情况下，特别有利的是只要指示和/或输出故障就启动自动清理测量电极的电路结构。如果能够自动地清理测量电极，则依据本发明的方法的优选实施例能够通过应用直流或交流实施自动地清理测量电极。相应的电路结构已经公开在EP0337292B1中。
为确保清理的过程造成测量电极损坏的可能性尽可能地小，依据本发明的方法的一个有利的方案是这样选择自动清理测量电极的时间使覆层基本上完全从测量电极上清除。
在由于在测量电极上形成的导电或非导电覆层引起产生故障的情况下，依据本发明的方法的有利的实施例提供指示和/或输出必须清理测量电极的结果。
关于本装置，通过如下的方案实现该目的，计算/控制单元将测试信号传递到至少一个测量电极，计算/控制单元应用响应信号和/或应用从响应信号中确定的典型的基准变量确定测量电极是否产生了正确的测量值。如上文已经指出，为简洁起见，在下面将所定义的测试信号的响应信号和/或从对所定义的测试信号的响应信号中确定的基准变量表示为实际值。
依据本发明的装置的一种有利的进一步方案是测试信号优选方波脉冲，计算/控制单元分别将所确定的实际值与相应的预定的理想值进行比较，从相应的测定的实际值和预定的理想值之间的偏差中识别测量电极的故障和/或将其输送给指示单元和/或输出它。
依据本发明的装置的进一步优选方案，提供确定长度的方波脉冲的测试信号，计算/控制单元确定直对方波脉冲的响应信号的信号电平达到预定阈值的驰豫时间，计算/控制单元将已经测定的驰豫时间(→实际值)与预定的驰豫时间(→理想值)相比较，以及如果实际值偏离预定的理想值指示和/输出故障。
此外，依据本发明的装置的有利的实施例建议仅在已经测定的实际值在理想值周围的预定容差值之外时计算/控制单元指示和/或输出故障。这种变型方案的优点结合相应地构造的方法已经讨论过。
依据本发明的装置的优选的进一步方案，通过将所定义的测试信号传递到测量电极和存储和/或输出和/或计算对测试信号的响应信号和/或基准变量，计算/控制单元分别确定在可用的处理过程和/或系统条件下的理想值，应用该响应信号明确地将该基准变量确定为理想值。
参考下面的附图更详细地解释本发明，在附图中附
图1所示为依据本发明的装置的示意图，附图2所示为在形成不同程度的覆层的测量电极上的电极电位的驰豫特性的曲线图，以及附图3所示为驱动计算/控制单元的相关的流程图。
附图1所示为依据本发明的装置1的示意图。流量计(在本发明中没有分别地示出)的测量管2具有在测量管的轴线10的方向上流经测量管的介质(同样没有独立示出)。介质至少是轻微导电的。测量管2本身由非导电材料制成或至少在其里面有非导电材料制成的衬垫。由于磁场垂直于介质的流动方向并通常由在直径上相对地设置的两个磁体(在附图中同样不可见)产生的，在介质中的电荷载流子迁移到极性反向的测量电极电极3；4。在两个测量电极3,4之间产生的电压与介质在测量管2的整个截面上的平均流速成比例，换句话说，它是在测量管2中的介质的体积流量的量度。顺便指出，测量管2经过连接元件(在附图中没有分别示出)连接到介质流过的管道系统。
在所示的情况下，两个测量电极3,4都直接接触介质2，结果由介质颗粒形成的覆层11,12最后形成在测量电极3,4上。这种覆层的形成当然影响在测量电极3,4上所测量的感应电压值。如果覆层是由非导电材料形成的，则流量计将根本不能再工作。
为了使体积流量的测量误差保持在预定的容许极限内，到目前为止通常都是在每个种情况下在固定的预定的时间周期之后清理流量计的测量电极3,4。这些在经验的基础上确定的时间间隔在如上文已经提到的不同的清理过程中都存在许多严重的缺陷。
测量电极3,4都经过连接导线5,6连接到计算/控制单元7。依据本发明，计算/控制单元7将测试信号(在最简单的情况下是一种方波脉冲)经过连接导线5,6传递到测量电极3,4。参考事先确定的理想值，从测量脉冲的驰豫时间中能够识别是否在测量电极3,4上形成了不希望的覆层。在这种情况下，驰豫时间总是指直到对测量信号(例如方波脉冲)的响应信号已经达到预定的阈值的时间周期。
为了获得一个或多个测量电极的相应状态的可靠指示，将相应的驰豫时间的实际值在周期性的时间间隔与驰豫时间的理想值相比较。这就使得当在超过理想值周围的预定容差值时能够跟踪形成覆层的成因并识别它。
顺便指出，应用尽可能地清洁的测量电极3,4作为当前系统和处理过程的条件的函数分别确定驰豫时间的理想值。由于驰豫时间取决于相应的处理过程和系统情况，如果在该过程本身中能够校准对覆层的形成的识别，则是很有利的。通过重复地应用不同长度的测试信号(例如方波脉冲)和随后的驰豫时间的测量值来进行这种校准。改变测试信号的脉冲持续时间直到驰豫时间落在所定义的时间窗中。这种测量序列产生的测试信号的脉冲持续时间和相应的驰豫时间都存储作为识别覆层的形成所作的随后的测量的理想值。
为识别覆层的形成在随后的周期性测量的过程中，如果证明响应所定义的测试的驰豫时间的实际值在驰豫时间的理想值周围的一定容差极限之外，则在流量计的指示单元8上指示故障；作为一种变型，在形成了导电覆层的情况下，启动自动清理程序。
依据本发明，当在测量电极3,4上形成的覆层很严重以至在测量电极3,4上产生的测量值有不能接收的误差时，总是必须实施清理测量电极3,4或指示清理测量电极3,4。这就意味着能够使在两个清理过程之间的时间周期最优化因此，一方面，在流量计产生错误的测量值之前或者在非导电覆层11,12的情况下在它根本不再能够产生任何测量值的之前进行清理；另一方面，仅在实际需要时进行清理，而不是基于一定的经验在一定的时间间隔之后进行预防性的清理。
附图2所示为在形成有不同程度的覆层的测量电极3,4上的电极电位的驰豫特性曲线。将具有确定的持续时间tP的方波脉冲UO传递到测量电极3；4。计算/控制单元测量驰豫时间tR，即它测量直到方波脉冲UO落到预定的阈值US所经过的时间。只要驰豫时间的实际值tR-actual超过预定的驰豫时间的理想值tR-desired周围的预定容差值±Δ，则进行自动清理测量电极3,4或经过指示单元8给操作员报警指示应该清理测量电极3,4。
附图3所示为驱动计算/控制单元7的相关的流程图。在测量开始时，测试信号的电压UO、测试信号的脉冲持续时间tP、驰豫时间的容差值Δt、在两连续的测试信号之间的时间周期tM、脉冲持续时间tP以及驰豫时间的理想值tR-desired都作为输入值在计算/控制单元7中可得到。如上文已经描述，测试信号的脉冲持续时间tP以及驰豫时间的理想值tR-desired都确定为在为识别覆层的形成的实际方法的开始时依赖于系统和过程的基准变量。因此，仅在该过程中实施校准。随后所测量的驰豫时间的实际值tR-actual总是参考这种依赖于系统和处理过程的驰豫时间的理想值tR-desired，以便尽可能早地识别在测量电极3；4上形成的覆层。
连续地执行下述程序点在程序点13上，定时器启动。如上文多次提到，以规则的时间间隔tM将测试信号传递到测量电极3,4(程序点14,15)。随后在程序点16上确定驰豫时间的实际值tR-actual。在程序点17上，检查已经测量的驰豫时间的实际值tR-actual是否落在驰豫时间的理想值tR-desired周围的容差极限Δt之内。如果落在该范围之内，则程序跳到程序点14，一旦经过时间周期tM，重新启动测量过程以测定驰豫时间的实际值tR-actual。如果驰豫时间的实际值tR-actual是落在驰豫时间的理想值tR-desired周围的预定容差极限Δt之外，则在程序点18上开始清理测量电极3,4。一旦清理程序结束，程序再次启动定时器。
参考标号清单1依据本发明的装置2测量管3测量电极4测量电极5连接导线6连接导线7控制/计算单元8指示单元9连接导线10测量管轴线11覆层12覆层
权利要求
1．一种测定在测量管中的介质的流率的方法，该介质基本在测量管的轴线方向流过测量管，磁场基本垂直于测量管的轴线地穿过测量管，在基本垂直于测量管轴线上设置的至少一个测量电极上感应测量电压，所感应的测量电压产生在测量管中的介质的体积流量的信息，其中将定义的测试信号传递到测量电极(3；4)，应用对所定义的信号的响应信号(→实际值)和/或应用从对所定义的测试信号的响应信号中所确定的基准变量(→实际值)，确定测量电极(3；4)是否产生正确的测量值。
2．如权利要求1所述的方法，其中相应的实际值与相应的预定理想值相比较，如果实际值偏离理想值则指示和/或输出和/或存储故障。
3．如权利要求1或2的方法，其中仅在实际值落在理想值周围的预定容差(Δ)之外时才指示和/或输出故障。
4．如权利要求1所述的方法，其中作为相应的处理过程和/或系统情况的函数来测定理想值并存储它。
5．如权利要求1至4所述的方法，其中在由于在测量电极(3；4)上形成导电覆层(11,12)引起故障的情况下，只要指示和/或输出故障就自动启动清理测量电极。
6．如权利要求1至4所述的方法，其中在由于在测量电极(3；4)上形成导电或非导电覆层(11,12)引起故障的情况下，指示和/或输出测量电极(3；4)必须清理的结果。
7．如权利要求5所述的方法，其中通过应用直流或交流实施自动清理测量电极(3；4)。
8．如权利要求5或7所述的方法，其中如下选择自动清理测量电极(3；4)的时间使覆层(11；12)从测量电极(3；4)上基本完全清除。
9．一种测量在测量管的轴线方向流经测量管的介质的流量的装置，该装置具有一种产生磁场的磁性结构、测量电极结构和控制/计算单元，该磁场穿过测量管并相对于测量管的轴线基本横着地延伸，该测量电极结构产生取决于流经测量管的介质的流速的测量值，该控制/计算单元从测量值中确定在测量管中的介质的流率，其中计算/控制单元(7)将测试信号传递到至少一个测量电极(3；4)，以及计算/控制单元(7)应用响应信号(→实际值)和/或应用从响应信号中所确定的典型的基准变量(→实际值)，以确定测量电极(3；4)是否产生了正确的测量值和/或流量计是否正确地运行。
10．如权利要求9所述的装置，其中测试信号优选方波信号，计算/控制单元(7)分别将所确定的实际值与相应的预定的理想值进行比较，从相应的测定的实际值和预定的理想值之间的偏差中识别测量电极(3；4)的故障和/或将其输送给指示单元(8)和/或输出它。
11．如权利要求9所述的装置，其中测试信号是方波脉冲，计算/控制单元(7)确定直到对方波脉冲的响应信号的信号电平达到预定阈值(Us)的驰豫时间(tR-actual)，计算/控制单元(7)将驰豫时间的实际值(tR-actual)与驰豫时间的预定理想值(tR-desired)相比较，如果实际值(tR-actual)偏离预定的理想值(tR-desired)则指示和/输出故障。
12．如权利要求10或11所述的装置，其中仅在已经测定的实际值在理想值周围的预定容差值之外时计算/控制单元(7)指示和/或输出故障。
13．如权利要求12所述的装置，其中通过将所定义的测试信号传递到测量电极(3；4)和存储和/或输出和/或计算对测试信号的响应信号和/或基准变量，计算/控制单元(7)确定分别在可用的处理过程和/或系统情况下的理想值，应用该响应信号清楚地将该基准变量确定为理想值。
全文摘要
本发明涉及一种测定在测量管(2)中的介质的流率的电磁方法(和装置),该介质基本在测量管的轴线(10)方向流过测量管(2),磁场基本垂直于测量管的轴线(10)地穿过测量管(2),在基本垂直于测量管轴线(10)上设置的至少一个测量电极(3;4)上感应测量电压。特定义的测试信号传递到测量电极(3;4),应用对所定义的测试信号的响应信号和/或应用从对所定义的信号的响应信号中所确定的基准变量,确定测量电极(3;4)是否产生了正确的测量值。
文档编号G01F25/00GK1299961SQ0013661
公开日2001年6月20日 申请日期2000年12月15日 优先权日1999年12月15日
发明者托马斯·巴蒂迈格 申请人:安德雷斯和霍瑟·弗罗泰克有限公司