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专利名称：测量穿过测量管的待测介质的流量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量在测量管的轴线方向流经测量管的待测介质的流量的装置，该装置具有一种产生磁场的磁性结构、至少一个测量电极和计算/控制单元，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，该测量电极设置在测量管的侧面区域中并电或电容地连接到待测介质，该计算/控制单元利用在测量电极中感应的测量电压提供在测量管中的待测量的介质的体积流量信息。
电磁流量计利用电动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待测介质的电荷载流子在测量电极上产生电压，该测量电极同样地垂直于待测介质的流动方向设置。这种感应电压与待测量的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。
如果测量管没有填充满而是仅部分地填充有待测量的介质，则会产生相当大的测量误差，然而这种测量装置基于在完全填满的测量管上产生的测量结果。为了消除这种误差源，已经公开了一种这样的装置，该装置考虑填充测量管的相应的填充程度信息来确定体积流量。因此德国实用新型G9103046.3已经描述了一种电磁流量测量装置，在测量装置中可以任意的单独激励或共同激励两个电磁体，如果共同激励则可以任意地在相同的方向上激励或在相反的方向激励。为测定体积流量，应用通过相应的一对测量电极引出的至少两个电压值，该两个电压值是在电磁结构的不同的激励状态(例如两个电磁体在相同的方向上和相反的方向激励)中所测得的。随后计算单元借助于经验地确定的参数处理该测量信号以得出流率输出信号，在这种情况下消除了由于部分地填充测量管引起的误差。为确保即使在测量管填充程度非常低的情况下至少一对测量电极电连接到待测介质并能够用于产生测量信号，在G9103046.3中描述的流量测量装置具有两对测量电极，这两对测量电极中的一对设置在测量管横截面的上面，另一对设置在底部。
此外，已有技术中还公开了下述方案，除了两个测量电极设置在测量管的中央区以外，在一个测试电极在测量管的上部区域和另一个测试电极在测量管的底部区域中的每种情况中，底部测试电极常常接地。在测试电极上测量的电压用作鉴别测量管的填充程度，而同时所需的流过测量管的体积流量信息可以从在测量电极上测量的电压值中得出。
为了使测定测量管的填充程度的公知的装置能够普遍地使用，施加到测试电极上的测试电压的电源电阻必须相对较高(例如，在100kΩ的数量级)。只有在这种方式中测定体积流量的装置才能够普遍地用于必须包括的大范围的待测介质，正如所公知的，这些待测介质的导电性彼此相差很大。
当不是应用一种紧凑的结构即实际的传感器和电子部分都容纳在一壳体中而是应用这样的一种测量装置即在该装置中的传感器是在该过程中设置并经连接导线(通常是同轴电缆)连接到远处的转换电子仪时，已知的方案的缺陷是显然的。这种连接导线产生了取决于同轴电缆的长度的分压，当连接导线超过一定的长度时，在测试电极上根本不能再得到可测量的电压分量。因此，公知的识别测量管的填充程度的测量装置只限于在一定的范围中应用-即只能应用在紧凑的装置中，或者应用在在传感器和远处的电子仪表之间的连接导线不超过大约10米的装置中。
本发明基于这样目的，即提供一种普遍适用并且成本效率合算的测量体积流量和/或识别测量管的填充程度的装置。
通过如下的方式实现该目的，在测量管的上部区域提供至少一个测试电极，计算/控制单元将测试信号传递到测试电极，和计算/控制单元应用响应该测试信号的信号，通过测量电极接收所说的响应信号，以提供关于测量管填充程度的信息。依据本发明，通过将测试信号应用到测试电极实现所谓的“空管检测”，该“空管检测”是指识别测量管是完全填充或仅部分地填充或完全空。如果测量管被填充了，则所说的测试信号显示作为在测量电极的响应信号。另一方面，如果测量管仅部分地填充或是空的，则在顶部测试电极和测量电极之间没有电连接或存在干扰电连接。因此，在测量电极上没有响应信号或其它的衰减的响应信号出现。
虽然在原理上一个测量电极就足够确定体积流量和识别“空管检测”，但是依据本发明的有利的实施例还提供了第二测量电极，该第二测量电极设置在与第一测量电极相对的测量管的区域中。两个测量电极优选在测量管的中心区域的直径方向上彼此相对。
为了利用对称的条件和作为这种情况的结果的冗余测量，以如下的方式相对于两测量电极设置测试电极，距两个测量电极中的每个电极的距离基本相同。因此通过测试电极输出的测试信号在两个测量电极的每个电极上产生基本相同的响应信号。在这种情况下如果出现相差较大，则在一定的情况下这表明出现故障，例如一个测量电极出现故障。
依据本发明的装置的有利的进一步方案提供了第二测试电极，该第二测试电极与第一测试电极在直径上基本相对着，第一测试电极优选设置在测量管的顶点上，而第二测试电极优选设置在测量管的最低点上。依据本发明的一种进一步改进装置两个测试电极中的一个测试电极接地。接地的测试电极优选是设置在测量管的底部区域中的电极。如上文所指出，用作基准电极的第二测试电极并不是绝对需要的。接地板(grounding disk)也可以用作基准电位，所说板是例如形成在用于将流量计量装置固定在管道系统中的法兰上。
依据本发明的装置的优选方案建议测试信号是对称的脉冲信号。这种实施例相对于任意的非对称的信号具有优点即在非对称的信号的情况下相对较高的测试信号的能量密度能够在待测介质中产生电化学电位移动。如果测试信号设计成对称的脉冲，则电位偏移大致平均为零。
依据本发明的装置的优选实施例提供一种计算/控制单元，该计算/控制单元对在测试电极和所说的一个测量电极/多个测量电极上的响应信号和测试信号进行相关。这是一种识别测试信号的响应信号是否出现在所说的一个测量电极/多个测量电极上的简单且可靠的方法。
此外，依据本发明的装置的有利的进一步方案，提供一种通过将在测试电极和/或在一个测量电极/多个测量电极上所测量的响应信号与预先确定的基准信号进行比较，确定填充度信息的计算/控制单元。分别在当前的过程和系统条件下在不同的测量过程中事先确定这些基准信号。由此在相关的装置中设计容差，并使它们相对较小，其结果能够提高测量的质量，因此能够实现可靠地识别非完全填充的测量管。
依据本发明的装置的优选方案提供一种存储单元，优选的基准信号存储在该存储单元中。
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第一实施例的示意图，附图2所示为依据本发明的装置的第二实施例的示意图，附图3所示为相关的驱动计算/控制单元的流程图。
附图1所示为依据本发明的装置的第一实施例的示意图，附图2所示为依据本发明的装置的第二实施例的示意图。在两个实施例中的主要差别在于在第一实施例中仅有一个测量电极4和一个测试电极6，而在第二实施例中有两个测量电极4,5和两个测试电极6,7。
在两个实施例的每个实施例中，待测量的介质11在测量管的轴线10的方向上流过流量计(在该附图中未示)的测量管2。待测量的介质11至少是轻微地导电。测量管2本身由非导电材料制成，或至少是在其里面加有非导电材料的衬垫。
由于磁场垂直于待测量的介质11的流动方向并通常由在直径方向上设置的两磁体(在该附图中同样看不着)产生，在待测介质11中的电荷载流子迁移到测量电极4或相对的测量电极4,5上。在测量电极4上或在测量电极3,4上产生的电压与在测量管2的横截面中的待测量的介质11的平均流速成比例，这就是说它是对在测量管2中的待测量的介质11的体积流量的量度。顺便提及的是，测量管2经过连接元件例如法兰连接到待测量的介质11流过的管道系统，在附图中没有示出连接元件。
在所示的两个情况中，测量电极3,4都直接与待测量的介质相接触；然而，如上文所述，连接也可以是电容性的连接。
测量电极4,5和测试电极6,7经过连接导线12,13或14,15,16连接到计算/控制单元8。所说的计算/控制单元8经过连接线17连接到输入/输出单元。给计算/控制单元8分配一存储单元10。
依据本发明的装置1优选按照如下的操作计算/控制单元8以预定的时间间隔tM将测试信号传递到测试电极6。测试信号优选对称的脉冲。如上文已经解释，当施加对称地构造的测试信号时在待测量的介质11中感应的电位波动至少大致平均为零。因此体积流量测量几乎根本不受所叠加的识别测量管2的填充程度的过程的干扰。
如果待测量的介质11位于在测试电极6和测量电极4或测量电极4,5之间，传递到测试电极6的测试信号在测量电极4或在测量电极4,5上作为响应信号出现。计算/控制单元8优选通过在测试信号和在相应的测量电极4,5上的响应信号之间进行相关运算来确定响应信号。
待测介质11和其它的外部系统和测量过程情况都极大地影响依据本发明的装置1最终测量体积流量的可靠性。因此，将一种确定的测试信号在确定的系统和测量过程情况下例如在完全填充测量管2的情况下传递到测试电极6。在测量电极4或测量电极4,5上分别地测定相应的响应信号。所测量的响应信号作为基准响应信号或作为理想的响应信号存储在存储单元10中。随后所测定的所有的实际的响应信号都与这个基准响应信号进行比较。如果实际的响应信号在理想的响应信号周围的预定容差Δ内，则这表明质量流率的测量是在完全填充的测量管2中进行的。另一方面，如果实际的响应信号是在理想的响应信号周围的预定容差A之外，则计算/控制单元8例如通过输入/输出单元通知操作员测量管2没有完全填充满。
附图3所示为驱动计算/控制单元8的相关的流程图。如上文所述，在预定的系统和测量过程条件下，在开始实际采集测量值时，将测试信号传递到测量电极6并将在测量电极4上的相应的响应信号存储作为理想的响应信号或将在测量电极4,5上的相应的响应信号都存储作为理想的响应信号。此外，规定响应信号的容差Δ。可取的是应用完全填充满待测介质11的测量管2测定基准响应信号。
在程序点18上，开始测量,计算步骤。借助于定时器(程序点19)和时间查询(程序点20)，在预定的时间tM之后，在程序点21将所确定的测试信号传递到测试电极6。在程序点22上测量在至少一个测量电极4,5上的响应信号。如果实际的响应信号在理想的响应信号周围的预定的容差Δ之内，则通过计算/控制单元8按照理想的状态进行计算。在预定的时间tM之后重复地执行随后的相应程序点。如果在程序点22,23的测量和计算表明实际的响应信号在理想的响应信号周围的预定容差Δ之外，则通过输入/输出单元10给操作员指示测量管2不具有所定义的测量管2的填充度。
参考标号清单1依据本发明的装置2测量管3测量管轴线4第一测量电极5第二测量电极6第一测试电极7第二测试电极8计算/控制单元9输出/输入单元10存储单元11待测介质
12连接导线13连接导线14连接导线15连接导线16连接导线17连接导线
权利要求
1．一种测量在测量管的轴线方向流经测量管的待测介质的流量的装置，该装置具有一种产生磁场的磁性结构、至少一个测量电极和计算/控制单元，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，该测量电极设置在测量管的侧面区域中并电或电容地连接到待测量的介质，该计算/控制单元应用在测量电极中感应的测量电压提供在测量管中的待测介质的体积流量信息，其中在测量管(2)的上部区域提供至少一个测试电极(6；7)，计算/控制单元(8)将测试信号传递到测试电极(6；7)，以及计算/控制单元(8)应用该测试信号的响应信号提供关于测量管(2)的填充程度的信息，所说的响应信号是通过所说的测量电极(4；5)接收的。
2．如权利要求1中所述的装置，其中在与第一测量电极(4；5)相对的测量管(2)的区域中提供第二测量电极(5；4)。
3．如在权利要求2中所述的装置，其中两个测量电极(4,5)在测量管(2)的中心区域中在直径上彼此相对着。
4．如权利要求1,2或3所述的装置，其中测试电极相对于两测量电极这样设置距两个测量电极中的每个测量电极的距离基本相同。
5．如权利要求1,2,3或4所述的装置，其中提供第二测试电极(7；6)，该第二测试电极与第一测试电极(6；7)基本在直径上相对着，第一测试电极(6；7)优选设置在测量管(2)的顶点，而第二测试电极(7；6)优选设置在测量管(2)的最低点。
6．如权利要求1,2,3,4或5所述的装置，其中两个测试电极(6,7)中的一个接地。
7．如权利要求1所述的或权利要求2至6中一个或多个权利要求所述的装置，其中测试信号是对称的脉冲。
8．如权利要求1或7述的装置，其中计算/控制单元(8)将在测试电极(7；6)和/或测量电极(6；7)/测量电极(6,7)上的响应信号与测试信号进行相关计算。
9．如权利要求1,7或8所述的装置，其中计算/控制单元(8)通过将在测试电极(6；7)和/或在测量电极(4；5)/测量电极(4,5)上所测量的响应信号与预先确定的基准信号进行比较确定测量管(2)的填充度信息。
10．如权利要求9所述的装置，其中预先确定的基准信号是用测量管(2)确定的填充程度所测定的，并且是相应的特定处理过程参数的函数。
11．如权利要求9或10所述的装置，其中提供用于存储预先确定的基准信号的存储单元(10)。
全文摘要
本发明提供一种普遍适用并且成本效率合算的测量测量管(2)的体积流量和识别其填充程度的装置。在测量管(2)的上部区域提供至少一个测试电极(6;7),计算/控制单元(8)将测试信号传递到测试电极(6;7),计算/控制单元(8)应用该测试信号的响应信号提供关于测量管(2)填充程度的信息,所说的响应信号是通过该测量电极(4;5)接收。
文档编号G01F1/60GK1299962SQ0013661
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