CN104823027A - 磁感应流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁感应流量计，其配备有第一电极布置(8，27，28)，用于电流接触地检测取决于介质的流动速度的感生电压来作为第一测量信号，并且配备有第二电极布置(17，20，21)，用于电容地检测感生电压来作为第二测量信号。通过确定和评估两个测量信号的表征性的特征值，获得关于介质和/或流量计的状态的诊断报告，例如关于流体中的气泡含量、电极腐蚀、介质的导电能力、测量管的电绝缘内衬处的损坏、电极上的沉积、干扰磁场、电极短路和/或测量管的液位。

Description

磁感应流量计

技术领域

本发明涉及一种磁感应流量计，具有根据权利要求1的前序部分所述的测量路径、磁场发生装置、电极布置以及控制和评估装置，该测量路径由壁包围且由介质穿流。

背景技术

磁感应流量计使用法拉第感应定律，用于确定穿流的流体的流动速度。磁场垂直于流动方向产生。在磁场中，由于利用流体来运输的电荷的原因，产生垂直于磁场和垂直于通流方向的电压，其能够借助电极来测量。该如此沿着测量路径测定的测量电压与通过流动横截面确定的流动速度成比例。

由WO 2006/050744A1公知，这种流量计为了确保测量精度必须与穿流的流体相应经受的压力无关地保持尽可能恒定的几何尺寸。这种抗压性通过由钢制成的测量管实现，流体穿流过该测量管。为了使测量管不干扰电场和磁场，该电场和磁场贯通过在测量部段的区域中的流体，在测量管中使用***件，其基本上由电绝缘的橡胶或者合成材料制成。同时，***件防止了测量管的金属壁受腐蚀。为了在出现基本上小于大气压的压力时使管状的***件不从测量管的内壁上松脱，由该松脱可能降低流动横截面，测量管***件的电绝缘材料至少在测量部段中通过管状的金属格栅加固。关于公知的管状***件的以及配备该***件的磁场感应流量计的另外的细节和优点请参考所提及的公开文献。

由于利用电极检测感生电压，尤其是当该电极电流接触了介质时，介质的一定程度的导电能力是必需的。此外，为了使在其上利用两个电极测定感生电压的测量路径不包括不导电的气泡、固定颗粒或者液滴，介质应当具有良好的均匀性。也就是说，这类不导电材料的包含物以不利的方式在检测感生电压时导致有噪声的信号并进而导致测量精度的变差，尤其是当包含物处于测量电极附近时。

由US 2006/0174715 A1公知了一种磁感应流量计，其中，为了降低信号噪声，电极的与介质电流接触的部分由具有特殊屏蔽的、有适当的导电能力的聚合材料制成。

此外，例如由US 8120370 B2，US 2010/0011877 A1或者US-PS4631969公知了不同的电磁感应流量计，其中使用电容式电极来测量垂直于磁场并且垂直于穿流方向生成的电压，该电极与穿流的介质不直接接触。因为电容式电极不与流动介质直接接触，避免了电极腐蚀的风险以及在电极表面处可能产生电流噪声的风险。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种开头所述类型的磁感应流量计，其特征在于诊断可行性。

为了实现该目的，开头所述类型的新型磁感应流量计具有权利要求1的特征部分中给出的特征。在从属权利要求中描述了本发明的有利的改进方案。

本发明基于这样的认识，潜在的故障原因在借助电流接触式电极和电容式电极检测感生电压时产生不同的效果。与导电介质直接接触的电极材料例如总是引起一定程度的电流噪声。电流噪声的强度取决于相应的电极材料和流动介质的性能，例如pH值、温度、可能存在的离子的类型或者其腐蚀特性。此外，在电极上能够形成沉积，其具有与相应的介质不同的导电能力。在沉积有较好的导电能力的情况中，其表现为内壁的局部的导电涂层或者在另外的情况中表现为缩小了导电的电极表面的直径并进而表现为削弱了流量计的灵敏度。这种影响导致测量信号的变化，该变化对于应用电流接触式电极而言是专有的。

基于其较大的电极表面，电容式电极对于在介质中的上述不导电材料包含物是不敏感的。但是在另一方面，出于相同的原因，其对于检测这类介质状态，即多相流来说也不是很适合。

因此，通过将利用电流接触式电极获得的测量信号的表征性的特征值与利用电容式电极获得的测量信号的表征性的特征值相比较，能够以有利的和可靠的方式得到和输出关于介质的或者流量计的状态的诊断报告，其在仅仅使用唯一的电极类型时是无法获得的。

为了识别测量管的电绝缘内衬的损坏、识别沉积或者电极腐蚀、测量管的不完全填充或者在电流接触式电极之间的短路，幅值特别适合作为测量信号的特征值来比较。此外，通过这类比较能够确定穿流介质的过小的导电能力，因为电容式电极通常具有比电流接触式电极明显更大的延展并且因此在这类电极之间明显更容易地产生在测量路径上的充分导电的路径。

为了探测电流噪声或者由具有不同导电能力的材料产生的多相流，有利地适合比较一种特征值，该特征值代表两个测量信号在预定的频率区域中的相应的频率部分。因为电容式电极基于其相对于穿流介质的电绝缘以及由于其较大的延展而与电流接触式电极相比对于所提到的干扰原因更加不敏感，从而通过比较不同电极类型的相应的参数值能够得出对电极性能的或者介质性能的可靠的诊断报告。

此外，本发明具有以下优点，在探测出故障并且确定相应的故障原因之后，使用者能够判断，是否需要以及需要哪些消除故障的维护措施。

在本发明的特别有利的实施方式中，具有电流接触式电极的第一电极布置和利用电容式电极来实现的第二电极布置布置在管状的***件中，***件基本上由电绝缘材料制成，基本上管状的金属格栅作为机械加固部至少在测量部段中置入到该材料中，其中金属格栅由多个电流上彼此绝缘的格栅部段组成。然后，格栅部段中的至少两个能够用作第二电极布置的电容式测量电极，其在中央具有用于穿引第一电极布置的电流接触式电极的开口。这具有以下优点，即在***件嵌入到测量管中之前，电容式电极已经置入到管状***件的电绝缘材料中。也就是说，电容式电极的装配在其中也装配了管状***件的机械加固部的同一工作步骤中进行。不需要用于电容式电极的单独装配步骤。

当机械加固部通过具有一致的弯曲半径的、由不锈钢制成的基本上管状的多孔薄板来实施并且因此格栅部段形成基本上管状的金属格栅的柱形外周面的、为了其电流绝缘而以彼此的间距置入到电绝缘材料中的子部段时，能够以有利的方式实现管状***件的简单制造。在此，在格栅部段之间的间距如下地确定大小，即管状***件的机械稳定性通过跨接该间距的电绝缘材料来确保。

为了检测垂直于磁场和垂直于流动方向的电压，特别适宜构造电容式测量电极，其中，该电极实施成两个关于管轴线彼此对称地布置的格栅部段。为此，其他格栅部段能够置入到电绝缘材料中，以用于机械加固和电磁屏蔽，该格栅部段在柱型外周面的围绕电容式测量电极的剩余自由面中以上面已经描述的最小间距相对于电容式电极布置。

这种管状***件能够以有利的方式完全地在测量管的外部预制，该测量管具有已经置入的用于机械加固和用于实现电容式电极的金属格栅。由此，以有利的方式使流量计的制造耗费保持很小。此外，管状***件的特征在于，基于利用金属格栅的机械加固的持续的耐久性和几何稳定性。

在本发明的特别有利的设计方案中，控制和评估装置设计用于，不仅根据相当于利用电流接触式电极检测的电压的第一测量信号也根据利用电容式电极获得的第二测量信号来确定对于待测量的介质的流量的测量值。因为电容式电极对于多相流的已经在上面描述的影响来说是不敏感的并且对待测量的介质的导电能力的要求很低，从而获得了整体上较高的精度和流量计的可用性。

附图说明

下面根据其中示出了本发明的实施例的附图详细描述本发明及设计方案和优点。

其示出：

图1是具有部分纵向剖面的磁感应流量计以及

图2是用于机械加固电绝缘材料和用于实现电容式电极的、具有电流接触式电极的布置的格栅部段。

具体实施方式

根据图1，磁感应流量计具有测量管1，其在其两个端部配备有法兰2和法兰3，用于安装到管道中。在图1的上部分中为了清楚起见，以纵向剖面图示出了流量计。由橡胶制成的管状***件6的各一个法兰状构造的端部部段4或5平放在两个固定法兰2和3的外侧。管状***件6相对于轴线14尽可能地旋转对称并且在测量部段中以已知的方式承载了作为磁场发生装置的两个线圈，***件在该测量部段中通过基本上管状的金属格栅7，16，17机械地加固。在图1中仅仅能够看到其中一个线圈9。借助包括两个电流接触了介质的电极的第一电极布置，在流动时感生到介质中的电压通过第一测量路径电流接触地检测出，该电极相对于测量管轴线14彼此相对置并且在图1中仅仅能看到其中的电极8。仅能看到其中的电极17的两个电容式电极通过关于管轴线14彼此相对置的格栅部段形成。第二电极布置的电容式电极是管状金属格栅7，16，17的组成部分并且与格栅部分7，16通过电绝缘材料如下地隔开，即确保了管状***件6的机械稳定性。在电容式电极17和关于管轴线14相对置的、在图1中不可见的电容式电极之间形成第二测量路径，其如第一测量路径一样由作为固定的壁的***件6包围，并且通过该第二测量路径电容地检测出感生到穿流了测量管1的有导电能力的介质中的电压。环绕的槽10和11用于使电线位置固定，电线对于将电容式电极、电流接触式电极和线圈与控制和评估装置12的连接来说是必要的。出于清楚起见而在图1中未示出的电线继续穿引过连接管13。此外，借助电线将利用两个电极布置检测的测量信号传输到控制和评估装置12处，以继续处理。

为了装配流量计，首先为管状***件6装配两个线圈和电线。折叠两个端部部段4和5中的一个、例如不具有机械加固部的端部部段4，从而其能够穿过测量管1的内横截面地推入。一旦装配的***件6完全***到测量管1中，端部部段4就恢复到其原始形状，并且***件6通过抵靠到法兰2和3的外侧的端部部段4和5来在测量管1中保持在其位置中。之后，在图1中仅能看到其中的电极8的电流接触式电极安装到管状***件6中。电容式电极不必再装配，因为其已经集成到管状***件6中。保留在已装配的***件6和测量管1之间的空腔通过能硬化的浇铸料15填充。一旦该浇铸料硬化，那么***件6就稳定地固定在测量管1中。附加地，***件通过其端部部段4和5保持在其位置中，端部部段在将流量计装入管道中时夹持在法兰2和管道的相应地相对置的法兰之间或者在法兰3和管道的其他法兰之间。

图2以原理图示出了基本上管状的金属格栅20…23的实例，在其以压铸过程(Spritzvorgang)置入到电绝缘材料中用于机械加固该材料之前。在中间区域中，金属格栅20…23分成两个半壳，二者除了其机械加固的功能之外，在测量运行中还用作电容式电极20，21。在流动方向的上游和下游布置有两个格栅部段22和23，二者形成封闭的环。在格栅部段20…23之间的间距24，25和26的尺寸如下地确定，即管状***件的机械稳定性通过其中置入了基本上管状的金属格栅20…23的电绝缘材料在这些区域中已经确保了必要的稳定性。在此明显的是，与目前使用的一体式的管状金属格栅不同地现在利用多件式金属格栅来加固的管状***件的制造成本进一步降低。具有电流接触式电极27和28的第一电极布置在测量运行中用于电流接触地检测根据介质的流动方向所感生的电压来作为第一测量信号，这些电极电绝缘地贯穿在电容式电极21和20中为此设置的开口。借助利用电容式电极20和21形成的第二电极布置，根据感生电压在基本相同的测量路径上检测出第二测量信号。这些基本上同时或者在时间上以很短的间隔交替地进行，使得在测量信号检测的时间点有基本上相同的电压感生到介质中，并且利用两个电极布置检测到的测量信号在无故障的情况中彼此相应。在控制和评估装置(图1中的12)中，这两个测量信号作为输入值进一步处理。根据测量信号，控制和评估单元一方面确定了对于流量的测量值并且另一方面计算出测量信号的多个表征性的特征值，比较地评估该特征值，以用于得出关于介质或者流量计的状态的诊断报告。该诊断报告例如涉及气泡在流体中的存在性、电极的腐蚀状态、介质的导电能力、测量管的电绝缘内衬的可能损害、在电极上的沉积、外部的干扰磁场、电极短路和/或测量管的液位。测量值和诊断报告通过图中未示出的通讯接口继续传输到过程技术设施中的上级控制站处。如果借助诊断报告显示出了故障状态，那么就能够采取可能必要的维修措施。

当然还可行的是，与图2中示出的基本上管状的金属格栅的实施例不同，电容式电极的半壳仅仅通过柱形外周面的较小的圆周区域来形成。此时，为了避免在电容式电极之间的、可能对管状***件的稳定性有不利影响的过大间距，两个环状的格栅部段能够配备在两个电极之间的在轴向方向上延伸的连接接片。作为实施例，描述了一种流量计，其中感生到流动的介质中的电压通过基本相同的测量路径利用第一和第二电极布置来检测。然而在此要指出，替代性地，在流量计中的测量路径能够在位置和延展方面彼此不同。

作为示出的实施例的另外的替代方案，测量管的电绝缘内衬能够由陶瓷制成，在内衬的外侧上布置有电容式电极。此时，电流接触式测量电极以及基准电位电极能够实施成销状电极并且装入到陶瓷内衬的合适的装配开口中。

本发明能够以有利的方式与***件的相应形状无关地来应用。***件例如能够在测量部段中具有圆形、椭圆形、矩形或者正方形的横截面。

Claims (6)

1.一种磁感应流量计，具有

第一测量路径，该第一测量路径由壁(6)包围并且由介质穿流，磁场发生装置(9)，

第一电极布置(8，27，28)，用于电流接触地检测取决于所述介质的流动速度的、在所述第一测量路径上感生的电压来作为第一测量信号，以及

控制和评估装置(12)，用于控制所述磁场发生装置(9)并且用于根据所述第一测量信号确定和输出对于流量的测量值，

其特征在于，存在第二电极布置(17，20，21)，用于电容地检测在第二测量路径上感生的电压来作为第二测量信号，并且

所述控制和评估装置(12)设计用于，分别确定所述第一测量信号的和所述第二测量信号的表征性的特征值并且根据第一特征值和/或第二特征值得出并输出诊断报告。

2.根据权利要求1所述的磁感应流量计，其特征在于，所述第一测量路径和所述第二测量路径基本是同一个。

3.根据权利要求1或2所述的磁感应流量计，其特征在于，所述第一电极布置(8，27，28)和所述第二电极布置(17，20，21)布置在管状的***件(6)中，该***件基本上由电绝缘材料制成，基本上管状的金属格栅(20…23)作为机械加固部至少在测量部段中置入到所述电绝缘材料中，其中，所述金属格栅(20…23)由多个电流上彼此绝缘的格栅部段组成，所述格栅部段中的至少两个格栅部段实施成所述第二电极布置的电容式测量电极(17，20，21)，并且其中分别引导所述第一电极布置的与所述电容式测量电极(17，20，21)电流绝缘的电极(8，27，28)基本上贯穿过所述电容式测量电极(17，20，21)的中心。

4.根据权利要求3所述的磁感应流量计，其特征在于，所述格栅部段(16，17，20…23)是基本上管状的所述金属格栅的柱形外周面的子部段，并且为了该子部段的电流绝缘以彼此的间距(24，25，26)置入到所述电绝缘材料中，所述间距的尺寸确定为，使得管状的所述***件(6)的机械稳定性通过跨接了所述间距的所述电绝缘材料来确保。

5.根据权利要求3或4所述的磁感应流量计，其特征在于，两个所述电容式测量电极(17，20，21)通过两个相对于管轴线(14)彼此对称地布置的格栅部段来形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的磁感应流量计，其特征在于，所述控制和评估装置(12)设计用于根据两个测量信号来确定对于流量的测量值。