专利名称：用于测量测量介质中的杂质的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1和16前序部分的一种用于测量尤其 在感应式(induktiv)流量测量仪中的以及具有与测量介质接触的电 极的这种4义器的测量介质(Messmedium )中的杂质的方法和i史备。
背景技术：
这是磁感应操作的流量测量仪。其中，在限定的量管上感应磁场， 并且在至少一对具有到流体的过渡(Uebergang)的电极上测量由》兹 场所产生的信号。
这种类型的方法和设备最近以用于检测设备的状态且用于检测 测量介质的流动中的干扰的诊断装置而被使用。本来的确定流量的测 量信号只还次要地用于此。首要地，与测量介质接触的电极的结构被 用于以电气方式获取特征性的(signifikante )测量值。在经由电极馈 入信号中，在技术上对于电压和电流设置极限值，这些极限值可靠地 防止在电极处在测量介质中引入电解作用(Elektrolysevorgang )。
此外，除了对装置本身的功能性干扰之外，测量介质的均匀流还 产生干扰状态(Stoerzustand )，例如通过空化作用(Kavitation )， 其中通过鴻流(turbulente Verstroemimg )，在管轮廓(Rohrkonturen ) 处产生低压(Unterdruck)，使得在其他没有气泡的(gasblasenfrei) 的液态介质中突然产生气泡(Glasblasen)，这些气泡然后一定还穿 过流量测量仪。此外，其他材料、诸如固体可以干扰测量介质中的污 染物质(Verschmutzung )等，使得与在气泡的情况下类似，因此测 量总流量，该总流量不是仅仅对应于本来期望的测量介质的流量。尤 其是检测这样的状态被证明是非常难的。
此外，流量测量仪经受对于所确定的流量具有偏差(driftend)效果的老化过程(Alterungsprozessen )。 也就是说，误差 (Fehlerhaftigkeit)增力口。
这里，现在尤其重要的是，能够排除导致通常误差的源。这些源 是测量介质中的上述气泡和粒子。
因此，为了识别老化效果(Alterungseffekte)，由气泡或津立子所 产生的效果必须首先一次被识别出。
DE10243748以及DE10118002公开了电磁的流量测量器，其中 测量接地位置与一个或多个电极之间的阻抗。但是，这里不给出特征 性的检测，例如流(Stroemung)中的气泡的检测。
发明内容
因此，本发明的任务在于进一步改进这种类型的方法和设备，使 得能够区别测量介质中的气泡和/或粒子的流量效应 (Durchflusseffekte )与其他误差，因此流量确定更可靠。
对于这种类型的方法，根据本发明，该任务是通过权利要求l特 征部分中的特征来实现的。
在从属权利要求2至15中给出了方法的进一步的有利实施方式。
对于这种类型的流量测量设备，根据本发明，该任务通过权利要 求16的特征部分中的特征来实现。
在其余从属权利要求中给出了流量测量设备的进一步的有利实 施方式。
根据方法的发明的核心在于，为了检测测量介质中的气泡和/或 粒子，向测量介质施加磁场和/或电场，并且在一个或多个电极处读出 电势和/或电流，作为时间的函数电子地测量信号变化(Signalverlauf) A(t)以及其信噪比(Signal-Rausch-Anteil)，并且借助于统计分析确 定气泡和/或粒子的存在。
其中，通过在一个或多个电极处施加一个或多个电压和/或电流， 或者例如借助于磁场而引入电场，在传感器单元内部，信号技术地实 现电压和/或电流的测量。电压和/或电流的测量在一个或多个电极处进行。由测量值的随时间的波动可以确定流体中的杂质或气泡。其中
涉及特性(Eigenschaften )导电性与流体不同的粒子或气泡。
上述测量方法也可以与其实现方式无关地被应用在其中存在流
量的其他电极系统(Elektrodensystem )中的电磁流量计。 通过该测量的特点，能够清楚地、可再现地检测气泡。 其中，测量信号被构造为使得气泡的信号调制在栽波信号上，其
中载波信号在本发明的情况下是被馈入的E场或基于B场的感应场。
其中涉及"调幅"。
以公式表示，这表明，例如在一电极处馈入的信号通过下式表示 Uin=U0*cos(wt)。
在第二电极处所检测的场/信号通过下式给出
Uout=A(t)*cos(wt+phi)。
其中，幅度为A(t)=U0*k*[l+a(t)。
其中，k是固定的因子，其取决于流量计的几何形状。Phi是这 两个电极信号之间的相位差。
在这种情况下，该相位差非常小。因此，气泡影响a(t)是相对于 被馈入的信号的倍数因子。
如果被馈入的信号是恒定的DC电压(w=0)，贝'J
Uout~=(l+a(t))*k*U0=a(t)*k*U0+U0*k。
相反，例如由于测量电子装置所产生的(外部)噪声是加性的 (additiv),即以下形式
Uout=UO*k*cos(wt+phi)+deltaU(t))。
在优选实施方式中，在信号噪声变化A(t)中，关于其对于幅度的 中间位置(Mittellage)，产生正的和负的标准偏差；并且在出现不对 称时确定在测量介质中存在气泡和/或粒子。其中，该特征 (Signmkanz )对于根据本发明所使用的效应是决定性的。
在有利实施方式中，可以为这个新方法使用一系列统计参数。因 此，例如，统计参数是要分析的信号的非对称性和/或自相关、和/或 平均值和/或标准偏差和/或偏斜(Skewness)和/或方差。以有利的方式，输入信号在至少为100Hz的频率下被馈入到测量 介质中，其中可以分离(Trennung ) 4皮馈入的信号对幅度信号 (Amplitudensignal)的时间关系(Zeitabhaengigkeit)。
以有利的方式，噪声可变地在1到1000Hz的频率范围中被分析。 在该频率窗(Frequenzfenster)中，该效应在所提到的激励条件下最 明显且最可靠。
在另一有利实施方式中，信号强度自动地周期性地变化，并且可 以首先由噪声的成比例的 一起增长(Mitwachsen )的准则(Kriterium ) 定性地确定存在气泡和/或粒子，并且然后进行定量分析。
其中，使用以下认识，即普通的(normal)噪声与信号强度或幅 度无关，而由气泡所导致的噪声与幅度成比例地一起增长。因此，幅 度的变化也被产生，并且然后在可能的情况下被自动地分析，以确定 噪声是成比例地一起增长还是保持恒定，即与幅度无关。因此，通过 该附加的措施，可以验证关于在可能的情况下存在气泡的测量技术假 设。
在另一有利实施方式中，记录自适应的(adaptiv)历史数据。其 中，在所检测的各信号值和基于其为气泡和/或粒子的存在而评估确定 的、并在可能的情况下被定量的各值之间产生相关性，并且还以数据 相互的相关联系地被存储。其中，历史数据的这样的存储以有利的方 式被自适应地设置，使得在存储设备中，用于气泡检测的技术性"经验 值，，始终被更新。以该方式，气泡确定被持续地优化。
在另一有利实施方式中，连同气量(Gasmenge)和/或粒子量一
起显示流量o
通过非对称性的定性分析，可以然后在相应的校准和继续的适配
中甚至确定所述的在测量介质中气泡中所夹带(mitfuehren)的气量 和/或粒子量。
在另一有利实施方式中，在确定存在气泡时，在流量测量设备的 显示器上产生色彩变换(Farbwechsel),以便相应地表示流量的目前 测量值是气泡加载的(gasblasenbelastet)。在有利的实施方式中，通过在第一电极处的馈入(Einspeisung ) 和在另一电极处的信号接收(Signalabnahme )产生场，并且量管被 接地，并且相对于地电势产生和测量信号，
但是，可替换地，馈入和信号接收也可以在相同的电极上实现。 关于流量测量设备，本发明的核心在于，为了检测测量介质中的 气泡和/或粒子，在至少一个电极处作为时间的函数电子地测量幅度信 号变化A(t)及其信号噪声变化，并且能够被读入用于数学再处理的电 子分析装置中并能够被分析，并且借助于统计分析能够确定气泡和/ 或粒子的存在，并且通过自适应的与历史数据的数据段比较 (Datenfeldvergleich )能够被定量和能够在显示设备或读出设备中显 示/读出。
在有利的实施方式中，显示设备是能够色彩变换的 (farbwechselfaehig )显示器，该显示器才艮据确定测量介质中的气泡 和/或粒子而自动地先对于没有气泡/粒子的显示状态变换显示背景色 彩(Displayhintergmndfarbe)。因此，操作者能够立即、即在更大 的距离也能够识别当前的流量是气泡加载的。
在另一有利的实施方式中，用于确定气泡和/或粒子的电子装置 被组合为单独的或可分离的设备，该设备也能够事后模块地连接/安装 在感应式或电容式或其他的流量测量设备的测量结构上。
本发明在附图中被示出，并且在下面进行详细描述。其中 图1示出了信号表示，
图2示出了幅度相对于零位置(Nulllage)的分布函数，
图3示出了基本结构，
图4示出了具有磁感应的结构。
具体实施例方式
图1示出了气泡含量(Luftblasenanteil)为大约1。/。的幅度A(t)的时间信号。这里，已经能够识别其关于零位置的非对称分布。这能
够归因于流动的介质中存在气泡。其中，1kHz的AC (直流)信号电 压已经被解调，即只显示幅度。该表示显示了 400毫秒的片段。
图2在多个单独视图中更清楚地示出了本来的效应。上面的曲线 是幅度最大值关于中心的零位置的分布的统计表示。其中能够看出， 分布是对称的，这在气泡含量为0%时获得。第二个曲线(即中间的 曲线)表示气泡含量为1%时的幅度最大值分布，其中已经能够看出 关于零位置的分布的明显非对称性。
在下面的表示中表示了 5%的气泡时的分布，并且因此更明显。 能够看出，非对称性的量度能够直接确定气泡的含量。
为此，图3示出了原理性的测量技术构造，其中电信号(电流或 电压)被施加在一电极处。在另一电极处测量该信号。这两个电极之 间的介质由于物理特性与该介质不同的杂质而变化。借助于时域 (Zeitbereich )和/或频域(Frequenzbereich )中的信号处理(解调、 滤波、傅立叶分析)以及计算统计参数(信号的非对称性、平均值、 标准偏差、偏斜、方差、自相关)，能够确定杂质，如图1或2所示 的那样。
在该表示中，对于信号馈入和信号接收，使用不同的电极。
图4以磁感应的流量测量仪的方式示出了具有施加的/f兹场的构
造。其中使用两个电极。其中，磁场被施加在磁感应流量计处。其中，
由于洛伦兹力而在运动的流体中产生电场。信号分析与第一实施例类
似。其也可以与流量测量并行地进行。
为了识别介质的变化，测量仪可以被不同地设置。为了识别，首
先可以以测量流体(Messfluessigkeit)、并且在可能的情况下还以已
知的杂质污染(Fremdkoerperverunreinigung )进行出厂校准 (Werkskalibrierung)或在客户处的校准。可替换地，可以其次还确
定长时间的平均值，该平均值使得可以检测由于杂质所导致的介质的改变。
通过使用不同的被馈入的信号来进行测量还可以使得能够识别气泡。
统计分析使得可以能够最后给出杂质的可能性。
为了使设备对例如所确定的粒子或者粒子和气泡之间的差别敏 感，可以通过与建立的被验证的测量结果的所存储的模式比较而自适 应地分析当前数据。
用于测量介质、优选为液体的测量介质中气泡和/或粒子测量的 测量设备也可以在所有流量测量设备中被应用。甚至与流量测量设备 无关地在管线内存在流量的任何地方被应用。该附加的通用应用在这 样的实施方式中最可能，即气泡和粒子测量是单独的或可分离的设备。
权利要求
1. 一种用于测量尤其在感应式流量测量仪中的以及具有与测量介质接触的电极的这种仪器的测量介质中的杂质的方法，其特征在于，为了检测测量介质中的气泡和/或粒子，为所述测量介质施加磁场和/或电场，在一个或多个电极处读出电势和/或电流，作为时间的函数电子地测量信号变化A(t)及其信噪比，并且借助于统计分析确定气泡和/或粒子的存在。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，统计参数是用于 分析的信号的非对称性和/或自相关、和/或平均值和/或标准偏差和/或 偏斜和/或方差。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述场通过 一个或多个电极处的电流信号或电压信号而被施加，并且在一个或多 个电极处测量所述信号A(t)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所迷 场通过在第一电极处的馈入和在另一电极处的信号接收而产生，并且 量管被接地，并且相对于地电势产生和测量所述信号。
5. 根据前迷权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在相 同电极处进行馈入和信号接收，例如在测量电极电流中施加交变电压。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，例如通过在磁感 应的流量测量器中存在的线圏施加磁场作为信号，并且在一个或多个 电极处测量电流信号和/或电压信号。
7. 根据前述权利要求中任一项所迷的方法，其特征在于，输入信号在高频率下、优选至少为100Hz的频率下被馈入到所述测量介质 间关系的分离。「、 "、、 纟。一一恭
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在频 率范围1到1000Hz中分析噪声，其中所述频率范围可以被固定地选 择或者被适配到流量速率。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，信号 强度被自动地改变，并且根据噪声的成比例的一起增长的准则确定气 泡和/或粒子的存在，并且然后进行定量的分析。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过 在对于杂质典型的频率范围中信号功率的积分以及与历史或不被影响 的频率范围的比较，或者通过滤波和求平均和/或通过统计方法，借助 于信号处理分析幅度信号，以便由此确定杂质。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据 信号噪声变化A(t)，关于其对于幅度的中间位置计算正的和负的加权， 并且在出现非对称性时确定在测量介质中存在气泡和/或粒子。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，接受 自适应的历史数据，并且将当前测量值与这些数据比较。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，显示 流量和/或气量和/或粒子量。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于 异物含量校正流体流量速率。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在超 过信噪比和/或异物/气体含量的可选阈值时，显示诊断信号。
16. —种流量测量设备，尤其是在感应式流量测量设备中，以及 具有与测量介质接触的电极的这种仪器中，其特征在于，为了检测测 量介质中的气泡和/或粒子，幅度信号变化A (t)及其信号噪声变化 在至少一个电极处作为时间的函数被电子地测量，并且在用于数学再 处理的电子分析装置中能够被读入和能够被分析，并且借助于统计分 析能够确定气泡和/或粒子的存在，并且通过与历史数据的自适应的数 据段比较能够被定量并能够在显示设备或读出设备中显示/读出。
17. 根据权利要求16所述的流量测量设备，其特征在于，显示 设备是能够色彩变换的显示器，该显示器根据在测量介质中确定气泡 和/或粒子而相对于没有气泡/粒子的显示状态自动地变换显示背景色 彩。
18. 根据权利要求16所述的流量测量设备，其特征在于，在确 定在测量介质中存在气泡和/或粒子时，能够在显示器上产生闪烁过程 或显示状态。
19. 一种用于检测能够流动的测量介质中的气泡和/或粒子的测 量设备，尤其是具有根据权利要求16、 17或18所述的流量测量设备， 其特征在于，用于确定气泡和/或粒子的电子装置被组合为单独的或可 分离的设备，该设备能够在事后模块化地连接/安装在任意流量测量设 备的测量结构上。
全文摘要
本发明涉及根据权利要求1和16前序部分的流量测量方法及相应的流量测量设备，尤其是在感应式流量测量仪中，其中在量管中流动的测量介质在电极处被施加以电信号，并且确定测量电极处的响应函数作为流量的量度。根据本发明，为了实现测量介质中的气泡和/或粒子的流量影响能够与其他误差区别并因此使得流量确定更可靠，为了检测测量介质中的气泡和/或粒子，为介质施加磁场和/或电场，在一个或多个电极处读出电势和/或电流，作为时间的函数电子地测量信号变化A(t)及其信噪比，并借助于统计分析确定气泡和/或粒子的存在。
文档编号G01N27/06GK101424652SQ20081017515
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月30日 优先权日2007年10月31日
发明者D·施拉格, 卡伊·亨肯, 哈拉尔德·格罗斯, 雅各布·弗里奇 申请人:Abb股份公司