磁感应流量测量设备的制作方法

本发明涉及一种用于确定可流动介质的取决于流率的测得变量的磁感应流量测量设备。

背景技术：

1、磁感应流量测量设备用于确定管道中的流动介质的流率和体积流量。在此对于在线磁感应流量计与磁感应流量测量探头之间进行区分，磁感应流量测量探头插入管道的侧向开口中。磁感应流量计具有用于产生磁场的设备，该设备产生垂直于流动介质的流动方向的磁场。单线圈通常用于此目的。为了实现基本均匀的磁场，另外形成并附接极靴，使得磁场线在基本垂直于横向轴线或平行于测量管的垂直轴线的整个管道横截面上延伸。另外，磁感应流量计具有测量管，在该测量管上布置有用于产生磁场的设备。附接到测量管道的侧向表面的测量电极对抽头测量(tap)垂直于流动方向并垂直于磁场施加的且在施加磁场的情况下当导电介质在流动方向流动时发生的电测量电压或电势差。根据法拉第感应定律，由于抽头测量电压取决于流动介质的速度和流率，并且在包含已知管横截面的情况下，可以从感应的测量电压确定体积流量。

2、磁感应流量计包括用于传导介质的测量管，并附接有用于产生穿透测量管的磁场的设备以及测量电极，与此相反，磁感应流量测量探头将其通常为圆柱形的外壳插入到管线的侧向开口中，并以流体密封的方式固定。特殊的测量管不再必要。测量管的侧向表面上在导言中提到的测量电极布置和线圈布置被省略，取而代之的是用于产生磁场的设备，该设备被布置在外壳内部并直接接近测量电极，并被设计成使得所产生的磁场的磁场线的对称轴线与测量电极之间的前面或面垂直地相交。在现有技术中，已经有多个不同的磁感应流量测量探头。

3、磁感应流量测量设备通常用于流体的过程和自动化工程中，从近似5μs/cm的电导率开始。对应的流量测量设备由申请人以各种各样的实施例出售，例如以名称promag或magphant，用于各种应用领域。

4、存在用于控制被施加到线圈布置的操作信号的多种不同方法。通常，它们的目标是产生磁场，该磁场的磁感应在整个测量阶段尽可能恒定。wo 2014/001026 a1例如公开了一种控制器，其中控制被施加到线圈布置的电压信号，使得流过线圈布置的线圈电流在定义的测量阶段达到并保持线圈电流设定点值。流过线圈布置的线圈电流产生磁场，该磁场的磁感应取决于线圈电流。基本上假定，通过建立固定的线圈电流设定点值，所产生的磁场的磁感应也以可再现方式采取设定点值。这样的控制的优点在于，该控制不需要测量磁感应。然而，已经发现，由于温度变化和磁干涉场，磁感应不能仅仅通过调整到固定的线圈电流设定点值来再现。结果，为了确定磁感应的取决于流率的测得变量而假定的值与测量管中当前存在的磁感应不同。取决于干扰变量，在确定取决于流率的测得变量时，这可能导致高达20％的偏差。

5、本发明的目标是补救这一问题。

技术实现思路

1、目标通过根据权利要求1所述的磁感应流量测量设备实现。

2、根据本发明的用于确定可流动介质的取决于流率的测得变量的磁感应流量测量设备包括：

3、-用于产生磁场的设备，

4、其中，用于产生磁场的设备包括线圈布置；

5、-用于特别是通过两个优选地沿直径布置的测量电极分接在可流动介质中感应的测量电压的设备；

6、-操作电路，该操作电路被配置成将操作信号，特别是电压信号，施加到线圈布置，

7、其中，操作信号具有操作信号参数；以及

8、-控制器电路，该控制器电路被配置成控制操作信号参数中的至少一个，使得受控变量不与预定义的设定点值不同，

9、其中，设定点值包括成比例大小的磁场能量。

10、具有这样的控制器电路的磁感应流量测量设备表现出对外部干涉场以及用于产生磁场的设备的取决于温度的自感的更大不敏感性。根据本发明的控制器电路在用于经由例如电池或蓄电池的电化学储存器供电的磁感应流量测量设备时特别有利。与经由电源供电的传统磁感应流量测量设备相比，它们以显著更低的电流或显著更低的电压操作。这意味着诸如线圈芯或场导板的场导部件在使用期间不会磁饱和。结果，除了特别增加的对外部干涉场的敏感性之外，它们还具有在启动期间延长的建立时间，其中，建立时间描述了在流量测量设备已经接通之后直到用于产生磁场的设备预热好要等待的时间段，并且其中磁感应朝向设定点值连续地建立。具有根据本发明的控制器电路的磁感应流量测量设备还具有显著更低的磁场温度系数，其中，温度系数描述了磁场每温度变化的偏差。

11、在工厂或在启动期间确定和提供的设定点值可以以调整方法或通过计算机模拟来确定。

12、设定点值包括与用于产生磁场的设备的磁场能量成比例的变量。这意味着设定点值包括磁场能量的单位。线圈布置的磁场能量例如取决于线圈的自感l和当前流过线圈布置的线圈电流的二次贡献。

13、本发明的有利实施例是从属权利要求的主旨。

14、一个实施例规定，磁感应流量测量设备进一步包括：

15、-测量电路，该测量电路被配置成确定线圈布置的线圈电流，

16、其中，用于产生磁场的设备具有自感，

17、其中，受控变量取决于自感的自感值与线圈电流的线圈电流值的平方的乘积。

18、通过将至少一个操作信号参数控制为取决于自感值和线圈电流值的平方的函数来降低磁感应流量测量设备对干涉场和温度影响的敏感性。可以实现敏感性的进一步降低，其中函数被选定为使得其取决于自感值与线圈电流值的平方的乘积。根据一个实施例，函数仅取决于自感值与线圈电流的平方的乘积以及可选地恒定的前因子。依赖性本质上总是由线性关系来描述。

19、一个实施例规定，操作信号具有特别是随时间可变并且被划分成时间间隔的电压曲线，

20、其中，电压曲线的符号在连续的时间间隔中交替，

21、其中，时间间隔各自具有第一时间子间隔，其中，向用于产生磁场的设备施加特别是在整个第一时间子间隔上恒定的第一电压。

22、一个实施例规定，测量电路被配置成在第一时间子间隔期间测量线圈电流值，

23、其中，受控操作信号参数包括取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，或者其中，第一电压特别是第一电压的平方。

24、取决于在第一时间间隔中确定的线圈电流值，可以确定时间常数，该时间常数是特征变量，并且至少取决于电阻和用于产生磁场的设备的自感。单个线圈电流值、至少两个线圈电流值或者由线圈电流值形成的线圈电流值历程可以进入时间常数的确定，其中，时间值被指配给每个线圈电流值。

25、控制器电路被配置成控制第一电压或第一电压的平方，使得取决于确定的时间常数和第一电压或取决于依赖于第一电压的函数的控制函数不与预定义的设定点值不同。特别地，根据有利实施例，上文介绍的函数仅取决于时间常数与第一电压或者依赖于第一电压的函数的乘积。时间常数表征线圈电流的上升。例如，时间常数可以被定义为诸如描述切换线圈电流方向之后，直到线圈电流采取预定义的设定点线圈电流值的对应持续时间。时间常数取决于外部磁场以及线圈电阻的变化。

26、时间常数可以从施加或切换线圈电压后线圈电流的上升确定。为此目的，例如，可以用拟合函数拟合线圈电压变化后的线圈电流的大体非线性的时间历程，并且可以考虑线圈电阻和线圈电压来确定时间常数。拟合函数具有指数函数，指数函数包括具有时间常数的指数。可替代地，可以确定直到线圈电流采取预定义的线圈电流设定点值为止所需的时间段，并且可以确定时间常数为所述时间段的函数。时间常数与第一电压的乘积等于自感与线圈电流的乘积。因此，取决于所确定的时间常数，控制第一电压或第一电压的平方，使得时间常数与第一电压或第一电压的平方的乘积是恒定的。

27、一个实施例规定，时间间隔各自具有第二时间子间隔，其中，特别是在第二时间子间隔上恒定的第二电压被施加到用于产生磁场的设备，

28、其中，第二电压大于第一电压，

29、其中，第一时间子间隔在电压曲线中跟在第二时间子间隔之后，

30、其中，第二时间子间隔的持续时间短于第一时间子间隔的持续时间。

31、一个实施例规定，第一电压与第二电压的商在电压曲线上是恒定的，

32、其中，受控操作信号参数特别是仅包括第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，

33、其中，第二时间子间隔的持续时间是可变且可控的变量，

34、其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同，

35、其中，控制函数取决于第二时间子间隔的持续时间与取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数的乘积。

36、通过确定第一电压与第二电压的商，得到简化的控制。通过将取决于第二时间子间隔的持续时间与第一电压的乘积的函数确定为操作信号参数，可以实现减少对干涉场和温度影响的敏感性。特别是通过控制第二时间子间隔和第一电压的可变和可控持续时间，特别是取决于第一电压并且优选是第一电压的平方的函数，使得两个参数之间的乘积恒定，可以实现具有特别高的不敏感性和快速反应时间的磁感应流量测量设备。另外，自感的连续监测不是必要的。已经发现，作为根据本发明的实施例的结果，其中取决于第二时间子间隔的持续时间与第一电压的乘积的函数保持恒定或被调整到设定点，取决于自感的自感值以及线圈电流的线圈电流值或其乘积的函数也保持恒定。由于第一电压与第二电压的商是恒定的，所以取决于第一电压的函数将等同于取决于第二电压的函数。

37、控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间，使得在定义的时间点，例如，在其中确定感应的测量电压的测量阶段开始时，或者在测试变量与测试设定点值之间的差异最小的时间段中。测试变量可以是线圈电流的测得值，线圈电流历程上的总和或积分，或者取决于线圈电流的函数。不同时间子间隔的测试设定点值可能不同。可替代地，控制器电路可以被设计和配置成控制第二时间子间隔的持续时间，使得在第一时间子间隔开始之后建立的线圈电流的持续时间最小。

38、一个实施例规定，取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数与第二时间子间隔的持续时间成反比例。

39、这可以通过同时控制第二时间子间隔的持续时间和控制第一电压或第一电压的平方来实现。

40、一个实施例规定，第二电压在时间间隔上是恒定的，

41、其中，至少一个受控操作信号参数包括第二时间子间隔的持续时间和取决于第一电压特别是第一电压的平方的函数，

42、其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同，

43、其中，控制函数取决于第二时间子间隔的持续时间与取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数的乘积。

44、控制函数还可以取决于第二时间子间隔的最大线圈电流值和在第一时间子间隔期间确定的线圈电流值。

45、控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间和第一电压——特别是取决于第一电压并且优选地第一电压的平方的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同。因而实现了取决于自感的自感值和取决于线圈电流的线圈电流值或其乘积的函数也在测量阶段中采取预定义的设定点值。

46、一个实施例规定，取决于第一电压——特别是第一电压的平方——的函数与第二时间子间隔的持续时间成反比例，

47、其中，取决于第一电压特别是第一电压的平方的函数也取决于ln((ushot+uhold)/(ushot-uhold))，特别是成比例的。

48、第二电压可以被选定为恒定的或与第一电压成恒定比率。然而，根据优选实施例，第二电压是可控变量。例如，第二电压可以被控制成使得第二时间子间隔的持续时间尽可能小，即，直到磁场采取稳定状态的持续时间尽可能短。

49、一个实施例规定，线圈电流在时间间隔中，特别是在第一时间子间隔中，采取最大线圈电流值，

50、其中，最大线圈电流值和在第一时间子间隔期间确定的线圈电流值的商是恒定的。

51、该实施例简化了控制，因为除了恒定的第二电压之外，最大线圈电流值与在第一时间子间隔期间确定的线圈电流值的商保持恒定。为此，线圈电流经由测量电路确定，并被提供给控制器电路。

52、一个实施例规定，线圈电流在时间间隔中，特别是在第一时间子间隔中，采取最大线圈电流值，

53、其中，至少一个受控操作信号参数包括第二时间子间隔的持续时间和取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，

54、其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间以及取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，使得控制函数不与设定点值不同，

55、其中，控制函数取决于第二时间子间隔的持续时间与取决于第一电压和最大线圈电流值的函数的乘积。

56、一个实施例规定，第二时间子间隔的持续时间、取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数以及取决于第二电压的函数各自是可变且可控的变量，

57、其中，控制器电路被配置成控制第二时间子间隔的持续时间、取决于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，以及取决于第二电压的函数，使得控制函数不与预定义的设定点值不同，

58、其中，控制函数取决于依赖于第一电压——特别是取决于第一电压的平方——的函数，取决于依赖于第二电压的函数，并且取决于第二时间子间隔的持续时间。

59、一个实施例规定，取决于第一电压的函数包括第一电压与线圈电流值的乘积。

60、在这种情况下，第一电压被控制成使得第二时间子间隔的持续时间、测得线圈电流值以及第一电压的乘积恒定。

61、一个实施例规定，磁感应流量测量设备包括：

62、-评估电路，该评估电路被配置成确定取决于自感值的函数的实际值。

63、因而可以检查取决于自感的自感值和线圈电流的线圈电流值的平方的函数是否不与预定义的设定点值不同。

64、取决于自感值的函数的实际值可以例如从围绕线圈电流零点的线圈电流的上升来确定。在这种情况下，电阻近似为零，热影响可以忽略不计。为了避免涡电流效应，取决于自感值的函数的实际值可以在其中线圈电流由于线圈电压的切换或变化而过冲并且随后减小的时间段中确定。在过冲期间，涡电流的时间变化低。

65、取决于自感值的函数例如可以是用于产生磁场的设备的自感。

66、一个实施例规定，测量电路被配置成确定在用于产生磁场的设备处施加的线圈电压的当前实际值，

67、其中，施加的线圈电压的当前实际值，特别是施加的线圈电压的当前实际值的平方，进入控制函数。

68、受控第一电压和实际施加到线圈上的线圈电压的比较引起磁感应流量测量设备的准确性进一步提高。因而，第一电压不被盲目地控制，这引起例如在用于产生磁场的设备上的与老化相关的效应可以通过控制来补偿。

69、一个实施例规定，测量电路被配置成确定用于产生磁场的设备的电阻的当前实际值，

70、其中，控制函数包括取决于第一电压的平方并且取决于电阻的实际值——特别是取决于第一电压的平方与电阻的实际值的商——的函数。

71、一个实施例规定，控制器电路被配置成如果实际值在时间间隔tn中与设定点值不同，则改变第二电压，使得与设定点值的偏离在时间上随后的时间间隔tn+m中较小，

72、其中，n是自然数，且m≥1，特别地，m＝1或m＝2。

73、一个实施例规定，控制器电路被配置成如果实际值在时间间隔tn中与设定点值不同，则改变第一电压，使得与设定点值的偏离在时间上随后的时间间隔tn+m中较小，

74、其中，n是自然数，且m≥1，特别地，m＝1或m＝2。

75、一个实施例规定，控制器电路被配置成如果实际值在时间间隔tn中与设定点值不同，则改变第一电压与第二电压的商，使得差异在时间上随后的时间间隔tn+m中较小，

76、其中，n是自然数，且m≥1，特别地，m＝1或m＝2。

77、一个实施例规定，控制器电路被配置成如果线圈测试电流值或取决于线圈测试电流值的测试变量在时间间隔tn中与设定点值不同，则改变第二时间间隔的持续时间，使得差异在时间上随后的时间间隔tn+m中较小，

78、其中，n是自然数，且m≥1，特别地，m＝1或m＝2。

79、一个实施例规定，将被设计为磁感应流量计的磁感应流量测量设备包括用于传导可流动介质的测量管，

80、其中，用于产生磁场的设备被布置在测量管的外表面上。

81、一个实施例规定，将被设计为待引入到管道的侧向开口中的磁感应流量测量探头的磁感应流量测量设备包括将被供应有介质的外壳，

82、其中，用于分接在可流动介质中感应的测量电压的设备被布置在为此目的而设置在外壳中的容座中，

83、其中，用于产生磁场的设备被布置在外壳中。