专利名称：用于检查磁感应流量计的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检查磁感应流量计的方法，该磁感应流量计包含用来引导待测流体的测量管和磁场系统，该磁场系统带有至少间歇地由励磁电流流过的至少一个磁场线圈用于产生至少部分与流动方向垂直地贯穿流体的磁场。
背景技术：
为了测量导电流体，经常采用使用磁感流量变送器的流量计。为了简单起见，在下文中必要时根据具体情况，只使用流量变送器或流量计进行说明。已知磁感应流量计允许测量在管道中流动的导电液体的体积流率并反映这种相应的测量值；因而可以测量每单位时间流经管道断面的液体的体积。磁感应流量计的结构和操作对于本领域的普通技术人员来说已知且在如下文献中已得到详细的描述DE-A 43 26991、EP-A 1 275 940、EP-A 1 273 892、EP-A 1 273 891、EP-A 814 324、EP-A 770 855、EP-A 521 169、US-A 60 31 740、US-A 54 87 310、US-A52 10 496、US-A 44 10 926、US-A 2002/0117009或WO-A 01/90702。
所描述的这种流量变送器通常均非铁磁性测量管，其例如通过凸缘或螺纹连接方式紧紧地插入到管道中。通过至少两个测量电极来探测电压，作为测量电压并在测量仪表中进行处理，生成相应的测量值，例如生成体积流率的测量值，其中该电压是通过施加一个与待测流体的流向相交的磁场从而在流体中产生电荷分离而产生的。测量管的接触流体的部分通常是非导电的，以使至少部分地穿过该测量管的磁场根据法拉第感应定律在流体中产生的测量电压不会短路。因此，金属测量管的内部通常设有非导电的内层，例如为硬橡皮、聚氟乙烯等，并且金属测量管通常是非铁磁性的；在测量管完全由塑料或陶瓷特别是氧化铝陶瓷制造的情况下，该非导电层是不需要的。
在磁感流量变送器的情况下，测量所需的磁场通过相应的磁场系统形成，其包括具有感应系数L并通常带有至少两个磁场线圈的线圈装置、用于磁场线圈的相应的线圈芯和/或极靴以及根据需要位于测量管外面的连接线圈芯的导磁的磁场引导片。但是，具有单个磁场线圈的磁场系统是已知的。磁场系统的线圈芯和/或极靴通常由软磁材料制成。但是，具有铁磁性线圈芯的磁场系统也已公开。磁场系统通常直接设置在测量管上。
为了产生磁场，从相应的测量仪表流出的线圈电流被引导流入该线圈装置。为了使磁场系统产生的磁场尽可能地均匀，在最普遍并且简单的情况下，磁场线圈彼此相同并以串联的方式电连接，使得在工作期间有相同的励磁电流流经两个线圈。但是，现已有公开首先以相同的方向然后以相反的方向使励磁电流交替地流经线圈，通过这种方式能够确定例如液体的粘滞性和/或流量的紊流程度；关于这一点请参考EP-A 1 275 940、EP-A 770 855和DE-A 43 26 991。上述的励磁电流通过工作电子装置产生；它被调节为例如为85mA的恒定电流值并且其电流方向周期性地变换。电流换向通过将线圈设置在所谓的T型电路或所谓的H型电路中来实现；关于电流调节和换向请参考US-A 4410 926或US-A 60 31 740。
在现有的流量变送器中，线圈电流通常是选通的双极性正交交流电，其在一个周期的第一半周期内是正向的，具有恒定的第一电流最终值，在第二半周期内是负向的，具有恒定的第二电流最终值，其绝对值基本上等于第一电流最终值。当磁感流量变送器作为流量探测器的时候，线圈装置可以例如是单个线圈的(参考US-A 35 29 591)，或者还可以是例如由两个线圈部分组成，两个线圈部分设置成直径互相相对，位于测量管的对侧。在US-B 67 63 729、US-A 60 31 740或US-A44 10 926中描述了用于产生这种线圈电流的电路装置。这种电路装置包括驱动线圈电流的能量源或电源以及用于调节线圈电流的实现为H型电路的桥接电路，线圈装置位于桥接电路的横向支路。此外，US-A 6031 740和US-A 44 10 926示出了用于产生线圈电流的电路装置，其与实现为H型电路的桥接电路不同，而是具有设计为T型电路的用于该线圈装置的桥接电路。另外，US-A 42 04 240中描述了一种具有内置供电源的电路装置，内置供电源用于产生磁感流量变送器的线圈电流，其产生的电压在每个上述半周期内的电压初值在线圈电流的上升周期内高于在第二周期部分内的电压最终值，其中上升周期为该半周期的第一周期部分，第二周期部分为该半周期的残余部分。
上述的感应电压出现在至少两个电镀性(因而被液体弄湿)测量电极或至少两个电容性(例如嵌入测量管的壁内)测量电极之间，每个电极感测一个电位。在通常情况下，测量电极被设置成直径互相相对，使得它们的公共直径垂直于磁场的方向，因此垂直于线圈装置的直径。感应电压被评估电路放大并调节成测量信号，其被进一步检测、显示或处理。相应的测量仪表同样为本领域的普通技术人员所熟知，例如参见EP-A 814 324、EP-A 521 169或WO-A 01/90702。
除实际的测量功能之外，现有的磁感应流量计通常还包括特殊的诊断功能，通过这种功能流量计可以在工作期间进行自检测。这种诊断功能例如在上述US-B 67 63 729或EP-A 12 17 337中描述。
这些自检测一方面可以确定该测量仪表的所有组件是否能够完全实现其各自的功能，另一方面可以确定测量的执行过程是否遵循规定。如果这种自检测的结果是肯定的，也就是如果测量仪表无故障或测量工作未出错，则可以确定测量仪表产生的测量结果与电流实际值对应，当然在预定容限之内。特别是，例如通过阻抗测量或欧姆电阻测量或电导测量，视情况而定，可以通过这种自检测方式，检查测量仪表的各个部件和零件的功能。此外，还例如可以检查输入的设置数据是否可靠。通过这种方式，超出容许范围的输入被拒绝并不被传送。与输入的设置数据的测试独立，根据设置数据计算出的数据，即直接控制测量仪表的测量工作的数据被再次校验是否在其允许的容限内。这种检查在测量工作之前进行，因此在设置数据出现错误的情况下，可以发出相应的错误报告并相应地不执行该测量。
在EP-A 12 17 337中所描述的测量仪表中，建议将励磁电流变量保持在电流强度范围内，以测量对应于该励磁电流的测量电压，并且根据基于各种电流强度而测量的测量电压电平对基于励磁电流与测量电压之间的函数关系而预期的电压电平的偏移超出阈值，可以检测出测量仪表的测量工作出现错误。因此，作为测量工作的基础的励磁电流与测量电压之间的函数关系假定为已知并用于测试测量工作。在简单的情况下，励磁电流与测量电压之间的函数关系可以是线性的，因此只要根据基于各种电流强度得到的测量电压电平的偏移出线性曲线的互相偏移超过阈值，就可以检测出测量仪表的测量工作出现错误。
相反，在US-B 67 63 729中描述的流量计的情况，这种测试在流向发生变化之后确定上升电流的至少一个参数并将它与参考值相比较。在这种情况中，两个预定电流值之间的时间间隔作为参数。由于电流的上升满足预定的物理定律，其通常是e-函数，这足以确定两个值之间的上升时间，以获得与电流上升相关的可靠结果。作为另一种方式或者作为补充，可以将流向变换与达到预定电流值之间的时间间隔作为参数。变换的时间点的确定必须非常精确。例如，变换信号可以被用作用于时间计数器的触发信号。预设的电流值可以例如接近最大电流值，即接近被假定在磁场稳定之后为适用于测量的恒定值的电流强度。此外，在US-B 67 63 729中在变换之后使用上升的电压。如US-A 60 31 740中已公开，这种过电压加速了磁场的建立，因为其增大了电流上升沿并使更快速的实际测量成为可能。
流量计自己可以在较早的时间点确定阈值或参考值，在超出阈值或参考值的情况下，可确定测量仪表的测量工作出现错误。例如，可以在开始的时候确定所需求的参数并在设置在测量仪表中的微计算机中数字地存储为参考值，以可以用于后来的检查过程。通过这种方式，每个流量计收到一个参考值。关于偏移的参考值以不同的方法设置，例如为常数绝对值。此外，可以将阈值设置为用于测量电压的测量范围最终值的百分比。通过这种方式，阈值只需设置一次，即设为初始大小的测量范围最终值的百分比，就可以实现测量仪表的设置，其适用于测量仪表的全部可设置的测量范围。
当探测到测量仪表的测量工作出现错误的时候，可以有多种选择。例如，可以结束测量仪表的测量工作，因为在此情况下，不可能获得更多的可靠测量结果。作为另一种实现方式或作为补充，一旦探测到测量工作出现错误，还可以发出视觉的和/或有声的警告。
尽管用于测量仪表的自检测的这种方法在本技术领域己知，但是仍然需要提供用于自检测测量工作是否出现错误或者测量仪表自己是否发生故障的其他方法，这类方法能够设置更大的精度。特别是，可能会出现测量仪表的各个部件只是稍微偏离其期望值的情况，因此每个独立部件被标记为在自检测的框架内能够完全起作用，然而，测量工作是在这些部件的相互作用下进行的，这是错误的，因此不能保证测量值达到所要求的精确度。
此外，已发现由于这种变换和线圈电流的上升而在磁场系统中会产生涡流，如US-A 60 31 740中已描述，这妨碍了在线圈电流上升之后磁场紧跟着增强，与没有线圈芯和/或极靴的情况一样。但是，与线圈电流相比，磁场的增强被延迟和变平缓。
在理想的情况下，关于线圈装置中的电流的电流时间图对应于磁场时间图。由于在磁场的变换期间线圈装置的极靴和磁心中出现涡流，实际与这种理想情况不符。因此，在线圈装置外面测量的线圈电流相当于线圈中流动的电流与由涡流产生的电流之和。如果在线圈装置外面测量的电流被用作控制变量，则结果是电流被保持不变而不是磁场。只要涡流没有被延迟，就会是这种情况。
在上述的电压上升的情况中也出现涡流的这种不利的影响。涡流的影响可以示出为假设有一涡流源与(线圈)电感并联连接，其电流与电感中的电流相加，形成总励磁电流。因此，与磁场线圈的电感串联的电阻器两端的压降实际上是对该励磁电流的测量，而不是对对应于该磁场的电感中的真实励磁电流的测量。但是，正如在EP-1 14 60 394中讨论的，必须知道准确控制磁场以及检查磁场系统的优点。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种方法，通过这种方法，所描述的类型的流量计在测量工作的同时能够被检查，并且能够非常精确且以简单的方式检测测量仪表的故障并且根据需要定位故障。
为了实现该目的，本发明涉及一种用于检查磁感应流量计的方法，该磁感应流量计包含用于引导待测流体的测量管和磁场系统，该磁场系统带有至少间歇地由励磁电流流过的至少一个磁场线圈用于产生至少部分垂直于流动方向贯穿流体的磁场。本发明的方法以下步骤-在第一时间点，将至少间歇地驱动励磁电流的电压从特别是非零的瞬时第一电压电平改变为一个恒定的电压或者调节为恒定的第二电压电平，以将由该电压驱动并在至少一个磁场线圈中流动的励磁电流的电流强度增大至最大电流值其中，选择第二电压电平大于第一电压电平，-在第二时间点，将瞬时驱动励磁电流的电压从第二电压电平改变为特别是恒定的或调节为恒定的第三电压电平，以实现将在至少一个磁场线圈中瞬时流动的励磁电流的电流强度从最大电流值降低至为励磁电流预设的特别是恒定的电流最终值，其中，选择第三电压电平小于第二电压电平，-至少间歇地检测励磁电流，以确定对应于到达电流最终值的第三时间点-确定对应于第二时间点与第三时间点之间的时间间隔的磁场系统第一时间常数和/或对应于第一时间点与第三时间点之间的时间间隔的磁场系统第二时间常数，以及-将所确定的第一时间常数与预定的第一参考值进行比较和/或将所确定的第二时间常数与预定的第二参考值进行比较，以确定代表流量计的瞬时工作状态的诊断值。
在本发明的方法的第一实施例中，选择第三电压电平小于第一电压电平。
在本发明的方法的第二实施例中，这样改变至少间歇地驱动励磁电流的电压，使得在第一时间点与第二时间点之间的时间间隔期间，第二电压电平至少间歇地，特别是紧接在第二时间点之前，基本上为恒定的。
在本发明的方法的第三实施例中，线圈装置的至少一个磁场线圈被至少暂时短路，以将电压调节至第三电压电平。
本发明的基本思想是，为了调节励磁电流或磁场以监控流量计特别是磁场系统，使用开始所述方法的第三时间点，该第三时间点强烈依赖于流量计的瞬时工作状态特别是依赖于磁场系统的瞬时状态并且对磁场系统中的变化非常敏感，这里，该第三时间点特别地是指由适当的参考时间点测得的时间间隔。在此情况下，本发明是基于这样的发现磁场系统的误差严重影响调节励磁电流的两个上述时间间隔。
现在根据磁感应流量计的时序图和示意性电路图更加详细地对本发明的方法和其它优点进行说明，其图形如下所示图1和图2分别是适用于执行本发明的方法的为磁感应流量计的形式的过程测量仪表的示意性框图；图3是在图1和2的过程测量仪表的工作期间流动的励磁电流的示意性时间图；图4是带有H型电路的第一实施例的示意性电路图；图5是带有H型电路的第二实施例的示意性电路图；图6是带有T型电路的第一实施例的示意性电路图；图7是带有T型电路的第二实施例的示意性电路图；图8是线圈电流和磁感应或电压源的电压的波形图；图9是用于本发明的微处理器的流程图；图10是在本领域中已知的解决方案中的线圈电流和磁场的波形的图解说明图；图11是在本领域中已知的解决方案中的线圈装置上的电压的波形的图解说明图；图12是在本发明的装置中的线圈装置上的电压的波形的图解说明图；和图13是在本发明的装置中的线圈电流的波形和磁场的波形的图解说明图。
具体实施例方式
图1示意性地示出了适用于本发明的方法的磁感应流量计的部分框图。通过这种流量计，可以产生在管道(未示出)中流动的介质(特别是流体)的至少一个物理量的测量值。例如，流量计可以用于测量导电液体的体积流量和/或流速。
在此示出的流量计包括流量变送器1，用于产生对应于待测物理量的测量电位；带有微计算机的测量仪表电子装置，其具有特别是同样至少部分利用微计算机实现的测量及工作电路2，用于检测测量电位和用于产生对应于物理量的至少一个测量信号；以及特别是利用微计算机实现的评估电路3，用于启动测量及工作电路2以及流量变送器1并且通过使用至少一个测量信号产生代表物理量的测量值。测量及工作电路2以及根据需要流量变送器的一些部件可以例如容纳在流量计的电子装置外壳10中，如图2所示意性地示出。
流量变送器1包括可插入上述管道之中的测量管11。测量管11带有管壁。待测流体在工作中可以沿测量管纵轴的方向流过测量管11。
为了防止由流体中感应的电压产生短路，接触流体的测量管11内部是不导电的。出于这样的目的，金属测量管的内部通常设有非导电层，例如为硬橡皮、聚氟乙烯等，并且总体是非铁磁性的；在测量管完全由塑料或陶瓷特别是氧化铝陶瓷制造的情况下，这种非导电层是不需要的。
在示出的实施例中，由设置在测量及工作电路2中的驱动电子装置21驱动的流量计磁场系统线圈装置包括设置在测量管11上的第一磁场线圈12和设置在测量管11上的第二磁场线圈13。磁场线圈12、13位于测量管11的第一直径上。磁场系统与测量仪表电子装置协同产生磁场B，该磁场贯穿管壁及流经的流体。这在由驱动电子装置21引起的励磁电流I流入在此为串联连接的磁场线圈12、13时出现。在此情况下，特别是双极性的励磁电流I可以例如基本上为矩形或者至少类似矩形。
图3示出了磁场线圈12、13没有包含铁心，因而就是所谓的空芯线圈。然而，与通常这种线圈装置一样，磁场线圈12、13可以卷绕在一个通常为软磁的铁心上，其中这些铁心可以与极靴相互作用，例如参见US-A 55 40 103。
特别地，在实施例中所示的线圈装置中，两个磁场线圈12、13这样形成以及大小设置，使得由它们在测量管11内部所产生的磁场H至少关于与第一直径垂直的第二直径是对称的，特别是旋转对称的。
在本发明的实施例中，利用驱动电子装置21产生特别是被调节为恒定幅度的直流，这个直流通过例如为H型电路或T型电路结构的适当的变换机构周期性地变换极性，被调制为具有调节的幅度的交流电。因此，励磁电流I被允许流过线圈装置，如图2a中所示意性地示出的线圈12、13中有电流流过，在第一变换相位PH11期间为第一流向，在第一变换相位随后的第二变换相位PH12期间为针对第一流向而反转的相反方向，关于电流的调节和转向可以参考US-A 44 10 926或US-A 60 31 740。
第二变换相位PH12之后是第三变换相位PH21，在此期间励磁电流I再次为第一流向。第三变换相位之后是第四变换相位PH22，在此期间励磁电流I再次为相反方向。之后是相应的变换相位PH31等。关于励磁电流I的方向反转，每两个相继的变换相位形成了变换周期P1、P2、P3等。伴随流经线圈装置的励磁电流I的极性转换，除了基本上与其同步的可能的变换相位漂移以外，还有磁场H的重复极性转换；关于这一点如图2a所示。
为了产生对应于测量变量的至少一个电测量信号，另外在测量变送器中设置传感器装置，其设置在测量管上或至少在其邻近。在本发明的实施例中，传感器装置具有基本上直接设置在测量管上的电极。在此情况下，设置在测量管11的管壁的内侧上的第一电极14用于探测磁场H感生的第一电位e14。以同样方式设置的第二电极15另外用于探测磁场感生的第二电位e15。测量电极14和15位于测量管11的第二直径上，第二直径垂直于第一直径和测量管的纵轴。但是，电极14和15也可以位于测量管11与第二直径平行的弦上，在这方面也可参考US-A 56 46 353。
图1b示出了测量电极14和15作为流电测量电极，即接触流体的电极。但是，也可以使用两个电容性测量电极，即例如设置在测量管11的管壁内部的电极。每个测量电极14和15探测在工作期间根据法拉第定律而在流经的流体中感生的电位e14和e15。
如图1b所示，在工作期间，测量电极14和15至少间歇地分别与差分放大器22的反相和正相输入连接。因此，形成测量电极14和15所探测的两个电位e14和e15的电位差作为测量信号u，这个电位差对应于流经的流体产生的电压以及对应于待测量的物理量。位于测量电极14和15上的电位e14和e15通常在10mV到100mV的范围内。在此应该注意，可以通过分离的测量通道探测电位，特别是这些电位还可以分别被数字化；关于这一点参考US-A 59 07 103。在此所示的实施例中，如图1a和1b中所示意性地示出，出现在差分放大器22的输出端中的测量信号u被施加到设置在流量计中的评估电路3中。
图3和4示出了基于H型桥接电路的变换机构的实施例。电桥的第一支路是第一晶体管13的受控电流通路，第二桥接支路是第二晶体管14的受控电流通路，第三桥接支路是第三晶体管15的受控电流通路，第四桥接支路是第四晶体管16的受控电流通路。这种结构产生H型电路的四个角点2a、2b、2c和2d。晶体管13和14通过角点2c连接，晶体管14和16通过角点2b连接，晶体管15和16通过角点2d连接，晶体管13和15通过角点2a连接。第一桥接对角线位于角点2a和2b之间以及第二桥接对角线位于角点2c和2d之间。在第二桥接对角线中，设置了流量变送器的磁场系统的包括至少一个磁场线圈的线圈装置1。换言之，线圈装置的第一和第二接线端分别与角点2c和2d连接。
在与线圈装置共同作用用作正交调制器的电路装置的工作中，第一和第四晶体管13和16或者第二和第三晶体管14和15被同时控制进入导通状态。因此，在第一种情况下(晶体管13和16导电)，(假定为正向的)电流从角点2a流向角点2b，流过线圈装置1，方向如实线箭头所示。相反，如果晶体管14和15导电，则相同的电流以相反的方向流经线圈装置1，如虚线箭头所示。
线圈装置1具有感应系数L并且是磁感应流量变送器的产生磁场的磁场系统的一部分。完整的流量变送器未示出，因为这种传感器的机械结构早已为本领域的普通技术人员所熟知，可以参考上述的US-A42 04 240。本发明所关心的是磁场系统包括线圈铁心和/或极靴。
如本领域的普通技术人员早已熟知，励磁电流或线圈电流通过晶体管13和16或14和15的上述交替导通控制这样产生，使得它在一个周期的第一半周期内是正向的且具有恒定的第一电流最终值，在第二半周期内电流是反向的且具有恒定的第二电流最终值，其绝对值等于第一电流最终值。电流最终值指在转变至另一电流方向之前的线圈电流的恒定值，例如85mA。
图3中角点2c经由电阻器10连接至电路零点SN。电阻器10与H型电路2串联且由线圈电流流经。
另外图3所示的是受控电压源7，其具有电压输出端7c且提供了在串联电路上的电压，即角点2a和电路零点SN之间的电压(在此假定为正向的，如输出端7c上的正号所示)。受控电压源7由电网经由两个接线端7a和7b馈电；另外，受控电压源7通过输出端7d连接至电路零点SN。输出端7c的电压经由二极管9的阳极-阴极通路被施加于角点2a。具有电容C的电容器12从二极管9的阴极和角点2a引导至电路零点SN。
在图4中，线圈装置和电阻器的串联连接顺序被变换H型电路2的角点2b现在位于电路零点SN上，而在此情况下为电阻器10’的形式的电阻器位于受控电压源7的输出端7c与二极管9阳极之间。这所产生的优势是，例如线圈装置2中的角点2c和2d之间可能产生的短路不会毁坏正在导通的晶体管13和16或14和15，因为线圈电流受电阻器10’限制。
图5和6分别示出了利用T型电路3和3’的实施例。电阻器22和22’分别与线圈装置1形成串联电路4和4’。这如图3的电路那样构造，线圈装置1经由电阻器22连接至电路零点SN并且线圈电流流经线圈装置1。相反，在图4中，串联电路4’的第一接线端连接至电路零点SN。
第一开关晶体管25的受控电流通路的第一接线端与串联电路4和4’的第二接线端连接。这个电流通路的第二接线端连接至受控电压源30的第一输出端30c，其决定了串联电路上的正电压(输出端30c上的正号)。第二开关晶体管26的受控电流通路的第一接线端与串联电路4和4’的第二接线端连接。这个电流通路的第二接线端连接至受控电压源30的第二输出端30d，其决定了串联电路上的负电压(输出端30d上的减号)。开关晶体管25和26被交替地驱动进入导通状态，因此线圈电流交替地变换方向，在此如线圈装置1上的两个箭头所示。在一个周期的第一半周期内线圈电流是正向的，具有恒定的第一电流最终值；在第二半周期内电流是负向的，具有恒定的第二电流最终值，其绝对值等于第一电流最终值。
在图5和6中，电压源30的输出端30c上的正电压被经由第一二极管31的阳极-阴极通路施加于开关晶体管25的第二接线端。另外，具有电容C1的电容器33从这个接线端和从二极管31的阴极连接到电路零点SN。电压源30的输出端30d上的负电压被经由第二二极管32的阴极-阳极通路施加于开关晶体管26的第二接线端。另外，具有电容C2的第二电容器34从这个接线端和从二极管32的阴极连接到电路零点SN。
在图3和4以及图5和6所示的实施例中，上述线圈装置1的电感L与电容器12的电容C或者电容C1和C2分别构成谐振电路。这意味着串联电路两端的电压得到共振增强，并且线圈电流在每个半周期开始时的上升比未出现谐振电路的情况具有更陡的上升沿。
关于数字化要引导的测量信号u优选被数字化并且其至少被部分地适当保存为数字数据集的形式，因此为了确定判断值，关于测量信号u的部分的时间分布的消息也以数字形式保持备用。
根据本发明，评估电路3也用于产生用来检查磁感应流量计的诊断值。诊断值代表流量计的瞬间工作状态，特别是磁场系统的瞬间工作状态。例如，诊断值可以用于当根据诊断值与相应预先确定的参考值或阈值的偏差而识别到磁场系统缺陷时，产生适当的警报。这种缺陷可以例如是电线的与振荡有关的破裂和/或磁场系统的组装组件松散。此外，大幅度的特别是猛烈的流体温度波动还会导致磁场系统的与热有关的扰动，或者至少导致与磁场系统的标定有关的变化。
为此目的，在所示的实施例中，正如US-A 60 31 740中已描述过，首先这样控制电压源，使得在线圈电流的第一部分周期(在下文中称为上升时间Trev)的每个半周期中产生电压初始值Udrv，这比在第二部分周期(在下文中称为残余时间tc)产生的恒定调节电压最终值Ucont高几倍，如图5a和5b所示。此外，电阻器10和10’或22和22’两端的电压降用来补偿在线圈电流上升期间在线圈铁心和/或极靴中感生的涡流的作用，该涡流使磁场的增强慢于线圈电流的上升。这可以通过如下方式来实现在每个半周期期间，这样影响或调节线圈电流的上升时间trev和正电压或负电压最终值Ucont的电平，使得一方面在达到最大电流Im之后线圈电流不再上升，因此当线圈电流达到最大电流Im时，磁场已达到对应于线圈电流的恒定电流最终值的恒定磁场最终值BM(见图5a)，另一方面正电压或负电压最终值Ucont的电平总是带来大约例如85mA的恒定电流最终值Ic。这通过如下方式来实现通过至少三次连续抽样，根据在电流线圈的最大电流Im之后直至达到电流最终值的半周期期间出现的电阻器两端的压降的分布，形成在下一半周期用于H型电路或T型电路两端的电压的校正量。
在图3-6中，H型电路的晶体管13、14、15和16以及T型电路的开关晶体管25和26总是示出为具有未连接的控制电极。这只是表明晶体管的驱动在现有技术中已得到充分的描述，例如上述的文献US-A44 10 926，因此本领域的普通技术人员知道需要驱动什么和如何做。此外，晶体管13、14、15和16以及晶体管25和26的受控电流通路与空载二极管17、18、19、20以及27和28桥接。这些晶体管示出为双极晶体管；但是，当然也可以使用场效应晶体管，特别是绝缘层场效应晶体管。
图5a是线圈电流I的整个周期的示图，纵坐标方向为磁场的磁感应B，横坐标为时间t。在具有正向线圈电流I的第一半周期内，图中示出这半周期的持续时间包括上升时间ta和残余时间tc；残余时间是磁场的磁感应B为恒定的持续时间。一方面，在上升时间trev内，线圈电流IM上升，然后在达到最大电流IM之后再下降，比磁感应B较迟达到其恒定电流最终值Icont；参见线圈电流在最大电流IM之后的唯一逐渐下降沿。线圈电流的这种特性可归因于上述的在线圈铁心和/或极靴中感生的涡流。达到最大电流IM的时间点确定了上升时间trev和残余时间tcont之间的界线。另一方面，在上升时间trev中，磁感应B首先以几乎与线圈电流相同的斜率上升，但是之后变得更平缓，然后在上升时间ta的末端已经达到预定的恒定磁感应最终值Bm。
在残余时间tcont的下降部分期间在线圈电流曲线上面的箭头表示，在达到电流最终值Im之前的下降的线圈电流分布被例如每毫秒至少抽样三次；在图5a的例子中，线圈电流的下降部分被抽样四次。根据本发明，从抽样值中产生用于受控电压源的控制信号，如下面所详细描述。
图5b是以横坐标为时间t示出的具有H型电路或T型电路的串联电路上的有效电压的分布。第一峰值Us可归因于线圈装置中的谐振提升。之后的恒定值是上述电压初值Udrv，其使线圈电流的上升沿变得更陡。如果没有电压增强，则在整个上升时间trev期间只有电压初值Ua。在残余时间tcont期间，出现恒定电压最终值Ucont。可从图5b看出，如上所述，电压初值Udrv大于电压最终值Ucont。
图3-6示出了通过控制器41或42或43或44进行的控制，其中控制器位于电阻器10或10’或22或22’与受控电压源7或30的控制输入端7e或30e之间。另外，相应的控制器控制H型电路的晶体管13、14、15和16或T型电路的开关晶体管25和26。控制器41或42或43或44至少部分通过上述已适当编程的微计算机或微处理器来实现。在此前连接的是模/数转换器，其将电阻器10或10’或22或22’上的压降数字化。当然，微处理器和模/数转换器由时钟振荡器提供脉冲。
在本发明的方法中，首先，与US-B 67 63 729或US-A 60 31 740中描述的流量计类似，至少间歇地驱动励磁电流IM的电压UH在第一时间点t1(该时间点在前面的半周期中)从非零的瞬时第一电压电平Ucont上升至特别是恒定或调节为恒定的第二电压电平Udrv，以将由该电压驱动并在至少一个磁场线圈中流动的励磁电流IM的电流强度I增大至最大电流值Im。
如上已描述，在时间间隔tcont期间流动的线圈电流IM被至少部分抽样，数字化和适当地存储在上述的微计算机中。所测量并以数字形式存储的电流值现在可以用于计算电压概况，并应该对于磁场B的下个半周期根据此电压概况调节驱动励磁电流IM的电压。因此，实际上采用的是在多个测量循环内迭代或回归执行的近似方法。在时间间隔trev期间，线圈装置上的过电压Udrv被连续地从一个半周期调节至另一个半周期或从一个测量循环调节至另一个测量循环，使得任一半周期的剩余时间间隔tcont内的线圈电流IM稳定地下降至恒定电流最终值Ic。因此，必须注意确保过电压Udrv被施加于线圈装置的时间间隔trev使得在该时间间隔tcont期间所测量的线圈电流IM不再上升。如果有电流上升，则表示时间间隔trev选择得太短。因此，测量及工作电路2在之后的半周期内将时间间隔trev增加适当的长度，直到所测量的励磁电流IM具有所要求的特性。
微计算机例如可以根据如图7所示的流程图进行编程，图中示出了适当的功能和判定块。小写字母表示该流程图较重要的数字信号。通过上述的模/数转换器，电阻器两端的压降被数字化，因此得到代表线圈电流I的数字信号i。这被提供给最大值检测器61的输入端和门电路的输入端，门电路也存储来自最大值检测器61的最大值信号。门电路62仅提供代表线圈电流的数字信号i的比该最大值信号晚出现的部分作为电流抽样s。
第一判决电路级63根据后续抽样是否大于先前抽样以及两个抽样之间的线圈电流是否上升的标准，连续地检查后续的相邻电流抽样s，如果合适则在JA-输出端Y发出控制信号y而如果不合适则在NEIN-输出端N发出控制信号n。控制信号y促使脉冲宽度电路级64加长上升时间ta以及控制信号n促使脉冲宽度电路级64加长残余时间tcont。脉冲宽度电路级的输出端连接至电压源7或30。
根据电流抽样s是否大于、等于或小于电流参考值ir的标准，第二判决电路级65连续地检查电流抽样s，其中电流参考值ir与电流最终值icont成正比例。根据判决，判决电路级65在GRSSER-输出端G发出控制信号g，在GLEICH-输出端发出控制信号gl或者在KLEINER-输出端K发出控制信号k。这些控制信号g、gl和k被提供给电压源7或30(如果需要则插入数/模转换器)并在线圈电流的一个周期持续时间内这样影响从中发出的电压初值Ua，控制信号g使电压初值Ua在后续周期内变大，控制信号gl使电压初值Ua在后续周期内保持不变，控制信号k使电压初值Ua在后续周期内变小。
在体积流量的实际测量期间，线圈装置两端的电压和流经该线圈装置的励磁电流IM都必须是恒定的，因为测量信号的稳定性会受从线圈装置到测量电极感应的耦合的负面影响。
理想地，真实线圈电流IL的电流最终值在两个半周期内基本上是恒定的，方向相反，绝对值相等。但是，从实际的观点看，在US-B 6763 729或US-A 60 31 740所描述的流量计中，只在时间间隔tcont开始之后的一个较长的时间长度之后才是这样的。因此，时间间隔Tcont内用于可能的精密测量的时间窗基本上被限制为仅仅是半周期的一半。由于极靴和线圈铁心上出现的涡流，这种理想的情况实际上不会出现。可在线圈装置外面测量的励磁电流IM总是对应于真实线圈电流IL与涡流Ieddy之和。因为只有励磁电流IM被测量及工作电路2用作控制变量，励磁电流IM必须是恒定的，但是实际上在流经测量管并且为了测量必须保持恒定的磁场B中却不是。图2中显示了相应的线圈装置。
在本发明的方法中，磁场系统中感生的涡流被进一步这样以具有优点的方式减小不仅仅对于初始确定的参考时间间隔Trev＝t2-t1向线圈装置施加过电压Urev直到达到预定的最大电流IM，其中这样定该过电压的大小，使得流经线圈装置的励磁电流IM在参考时间间隔Trev结束之后稳定地下降至基本上恒定的电流最终值Ic；而且在预先至少大致确定的参考时间间隔Trev结束之后，在预定的特别是同样迭代确定的时间间隔Tshort＝t3-t2内，向线圈装置1施加反向电压Ushort，其使励磁电流IM和磁场更快速地下降，其中这样定时间间隔Tshort的大小，使得在线圈装置中的变换过程期间感生的涡流的影响得到近似补偿，至少大幅降低。这种方法的效果如图9所示，其中实线表示测量电流分布，其在本发明的解决方案的情况下形成，相反，虚线示出了现有技术的解决方案的情况下励磁电流的时间性能。在本发明的解决方案的情况下，时间间隔Tshort结束时基本上达到恒定的电流最终值Icont；在现有解决方案的情况下，在时间间隔Tcont内的迟得多的时间点才首次达到恒定的电流最终值Icont。在第一变换过程期间，如上面已说明，在预定的时间间隔Tshort内，测量及工作电路2向线圈装置施加适当的反向电压UG。然后，测量及工作电路检测预定时间间隔Tcont内的多个电流测量值。例如，在工作期间，可以通过特别是迭代的逼近过程来连续地优化两个时间间隔Trev以及时间间隔Tshort。对于在当前有效时间间隔Tshort结束时未达到电流最终值Ic的情况，时间间隔Tshort被相应地延长，例如延长一个预先确定的适当的步长；对于在时间间隔Tshort未结束之前已达到电流最终值Ic的情况，时间间隔Tshort根据需要可以被减少。通过施加过电压和后来短暂施加反向电压Ushort的相互影响，涡流可以得到有效补偿，从而使其衰减时间大幅降低。在此另外提醒一下，相关的时间间隔Trev、Tshort和Tcont的确定可以如已说明的，基于从励磁电流中获得的多个抽样数字数据而确定，也可以直接通过由励磁电流IM和/或驱动该励磁电流的电压相应地触发的时间测量电路而确定。
在微计算机中实施的第三判决电路级根据相继的电流抽样s是否显示恒定的励磁电流IM的标准，连续地检查电流抽样s，其中假定电压UH暂时保持不变。对于假定恒定电压似乎也不确定的情况，例如同样为数字抽样的形式的电压实际瞬时时间分布可以相应地被送入判决。判决电路级视情况而定在KONSTANT-输出端发出与保持恒定的励磁电流IM相应的控制信号，直到检测出励磁电流IM的下降低于为该励磁电流IM的恒定性而设的变化阈值。
根据上述的在每个半周期内最大限度地优化时间间隔Tcont以产生实际测量及诊断值的方法，另外提供了下述方法，以改进诊断值所提供的信息在第二时间点t2，瞬时驱动励磁电流IM的电压UH从第二电压电平Udrv改变为特别是恒定的或调节为恒定的第三电压电平Ushort，以实现将在至少一个磁场线圈中瞬时流动的励磁电流IM的电流强度从最大电流值Im降低至对于励磁电流IM而预设的特别是恒定的电流最终值Iczu。在这种情况下，第三电压电平Ushort选择为小于第二电压电平Urev。为了确定对应于达到电流最终值Ic的第三时间点t3，至少间歇地检测励磁电流IM。基于此，确定对于磁场系统的第一时间常数Tshort和/或第二时间常数Trev+Tshort，其中第一时间常数Tshort位于第二时间点t2与第三时间点t3之间，对应于时间间隔t3-t2，第二时间常数Trev+Tshort位于第一时间点t1与第三时间点t3之间，对应于时间间隔t3-t1。为了确定最终代表流量计的瞬时工作状态的诊断值，将所确定的第一时间常数Tshort与预定的第一参考值T1ref相比较和/或将所确定的第二时间常数Trev+Tshort与预定的第二参考值T2ref相比较。
根据本发明的一个实施例，测量及工作电路在时间间隔Tshort期间与线圈装置短路。作为替代，测量及工作电路在时间间隔Tshort期间再次变换流经线圈装置的电流的方向。
根据本发明的又一实施例，测量及工作电路这样确定时间间隔tshort的大小，使得流经线圈装置的励磁电流在时间间隔tshort结束时至少大致达到恒定电流最终值Ic。
权利要求
1.用于检查磁感应流量计的方法，该磁感应流量计包含用于引导待测流体的测量管以及一个磁场系统，该磁场系统带有至少间歇地由励磁电流(IM)流过的至少一个磁场线圈以产生至少部分垂直于流动方向贯穿流体的磁场，该方法包括以下步骤-在第一时间点t1，将至少间歇地驱动励磁电流(IM)的电压(UH)从特别是非零的瞬时第一电压电平Ucont改变为一个特别是恒定的或者调节为恒定的第二电压电平Udrv，以将由该电压(UH)驱动并在至少一个磁场线圈中流动的励磁电流(IM)的电流强度I增大至最大电流值Im，其中，选择第二电压电平Udrv大于第一电压电平Ucont，-在第二时间点t2，将瞬时驱动励磁电流(IM)的电压(UH)从第二电压电平Udrv改变为特别是恒定的或调节为恒定的第三电压电平Ushort，以将瞬时在至少一个磁场线圈中流动的励磁电流(IM)的电流强度从最大电流值Im降低至对于励磁电流(IM)预设的特别是恒定的电流最终值Ic，其中，选择第三电压电平Ushort小于第二电压电平Udrv，-至少间歇地检测励磁电流(IM)，以确定对应于到达电流最终值Ic的第三时间点t3，-确定对于磁场系统的第一时间常数Tshort，其对应于第二时间点t2与第三时间点t3之间的时间间隔t3-t2，并且/或者确定对于磁场系统的第二时间常数Trev+Tshort，其对应于第一时间点t1与第三时间点t3之间的时间间隔t3-t1，以及-将所确定的第一时间常数Tshort与预定的第一参考值T1ref进行比较并且/或者将所确定的第二时间常数Trev+Tshort与预定的第二参考值T2ref进行比较，以确定代表流量计的瞬时工作状态的诊断值。
2.如权利要求1所述的方法，其中选择第三电压电平Ushort小于第一电压电平Ucont。
3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中这样改变至少间歇地驱动励磁电流(IM)的电压(UH)，使得在第一时间点t1与第二时间点t2之间的时间间隔t2-t1期间，第二电压电平Udrv至少间歇地，特别是紧接在第二时间点之前，基本上为恒定的。
4.前述权利要求中的任一项所述的方法，其中线圈装置的至少一个磁场线圈被至少暂时短路，以将电压(UH)调节至第三电压电平Ushort。
全文摘要
本发明的流量计包含用于引导待测流体的测量管以及磁场系统，该磁场系统带有至少间歇地由励磁电流(I
文档编号G01F25/00GK101057125SQ200580032068
公开日2007年10月17日 申请日期2005年9月7日 优先权日2004年9月22日
发明者托马斯·布德米格 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司