确定完全成形旋转对称流量剖面存在性的磁感应流量计及其方法转让专利

申请号 : CN201680047748.4

文献号 : CN107923777B

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法律信息:

相似专利:

发明人 : 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

摘要 :

一种磁感应流量计(1)包括:测量管(2),其具有测量管轴线(3);以及两个测量电极(4、5),其沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上,并且从该两个测量电极分接信号以确定流量如体积流量和/或流速。其中流量计(1)包括四个其他电极(8a‑11a),该四个其他电极两两(8a、10a或9a、11a)沿径向彼此相对地布置在测量管(2)上并形成与测量管轴线(3)相交的第二电极轴线(C)和第三电极轴线(F);其中两条电极轴线(C、F)布置成与第一电极轴线(A)在第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针或逆时针角度大小,并且其中所述磁感应流量计包括评估单元,其被实施成基于从两条电极轴线(C、F)的电极(8a、10a和9a、11a)分接的测量信号(E2、E3、E4、E5)来检测流量剖面,以及用于在流量测量的情况下检测完全成形旋转对称流量剖面存在性的方法,以及在利用磁感应流量计(1)进行流量测量的情况下补偿流量剖面相关的测量误差的方法。

权利要求 :

1.一种磁感应流量测量设备(1),该流量测量设备(1)包括测量管(2)和两个测量电极(4、5),所述测量管(2)具有测量管轴线(3),所述两个测量电极(4、5)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上,并且从所述两个测量电极(4、5)分接信号以确定流量如体积流量和/或流速,其中,所述测量电极(4、5)限定与所述测量管轴线(3)相交的第一电极轴线(A),并且其中所述第一电极轴线(A)在垂直于所述测量管轴线(3)的第一截平面(Q1)中延伸;

其中,所述流量测量设备(1)包括四个其他电极(8a-11a),该四个其他电极成对(8a、

10a或9a、11a)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上并限定第二电极轴线和第三电极轴线(C、F);

其中,所述第二电极轴线和第三电极轴线(C、F)位于第二截平面(Q2)上,其中所述第二电极轴线和第三电极轴线中的每一条(C或F)与所述测量管轴线(3)相交,并且其中所述第二截平面(Q2)垂直于所述测量管轴线(3),其中,所述第二电极轴线(C)布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且其中,所述第三电极轴线(F)布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小,并且,其中所述磁感应流量测量设备包括评估单元,所述评估单元被实施成基于从所述第二电极轴线和第三电极轴线(C、F)的电极(8a、10a和9a、11a)分接的测量信号(E2、E3、E4、E5)来检测流量剖面。

2.如权利要求1所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述第二电极轴线和第三电极轴线(C或F)布置成与所述第一电极轴线在所述第二截平面上的平行投影偏离π/8弧度到

3π/8弧度之间的角度大小。

3.如权利要求2所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述第二电极轴线和所述第三电极轴线布置成与所述第一电极轴线(A)的平行投影顺时针或逆时针偏离相同的幅值。

4.如权利要求1至3中的一项所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述磁感应流量测量设备包括作为所述第二截平面(Q2)上的四个电极(8a-11a)的补充的四个另外其他电极(8b-11b),该四个另外其他电极成对(8b、10b或9b、11b)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上,并且形成第四电极轴线和第五电极轴线;

其中所述第四电极轴线和第五电极轴线位于第三截平面(Q3)上,其中所述第四电极轴线和第五电极轴线中的每一条与所述测量管轴线(3)相交,并且其中所述第三截平面(Q3)垂直于所述测量管轴线(3),其中所述第四电极轴线布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第三截平面(Q3)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且其中所述第五电极轴线布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第三截平面(Q3)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小。

5.如权利要求4所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述第二截平面和第三截平面(Q2和Q3)以相等间隔沿流动方向(FL)布置在所述第一截平面(Q1)之前和之后。

6.如权利要求4所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述评估单元装配成基于所述第二截平面Q2的四个电极的分接的测量值执行流量横截面相关的测量误差的补偿。

7.如权利要求6所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述评估单元装配成还基于所述第三截平面Q3的四个电极的分接的测量值执行流量横截面相关的测量误差的补偿。

8.如权利要求6所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,用于补偿流量横截面相关的测量误差的所述评估单元基于加权因子执行四个附加电极(8a、b-11a、b)上的电位差的加权。

9.如权利要求8所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,用于补偿流量横截面相关的测量误差的所述评估单元基于加权因子执行八个附加电极(8a、b-11a、b)上的电位差的加权。

10.如权利要求1所述的磁感应流量测量设备,其特征在于,所述评估单元确定补偿的流量函数并且所述评估单元去除所述流量函数的极值。

11.利用磁感应流量测量设备(1)进行流量测量的情况下确定完全成形旋转对称流量剖面存在性的方法,所述磁感应流量测量设备(1)具有测量管(2)和两个测量电极(4、5),所述测量管(2)具有测量管轴线(3),所述两个测量电极(4、5)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上,并且从所述两个测量电极(4、5)能够分接信号以确定流量如体积流量和/或流速,其中,所述测量电极(4、5)限定与所述测量管轴线(3)相交的第一电极轴线(A),并且其中所述第一电极轴线(A)在垂直于所述测量管轴线(3)的第一截平面(Q1)中延伸;

其中,所述流量测量设备(1)包括四个其他电极(8a-11a),该四个其他电极成对(8a、

10a或9a、11a)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上并限定与所述测量管轴线(3)相交的第二电极轴线和第三电极轴线(C、F);

其中,所述第二电极轴线和第三电极轴线(C、F)位于第二截平面(Q2)上,其中所述第二电极轴线和第三电极轴线中的每一条(C或F)均与所述测量管轴线(3)相交,并且其中所述第二截平面(Q2)垂直于所述测量管轴线(3),其中,所述第二电极轴线(C)布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且其中,所述第三电极轴线(F)布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小,其特征在于如下步骤:

A分接所述四个附加电极(8a-11a)的电位;

B确定所述第二电极轴线(C)和所述第三电极轴线(F)上的电极对的电位之间的电位差,以及C使这些电位差与期望值调和。

12.如权利要求11所述的方法,其特征在于,当达到所述电位差之一大于预定的期望值的情况,输出完全成形旋转对称流量剖面不存在的差错报告和/或信息。

13.利用磁感应流量测量设备(1)进行流量测量的情况下补偿流量剖面相关的测量误差的方法,所述磁感应流量测量设备(1)具有测量管(2)和两个测量电极(4、5),所述测量管(2)具有测量管轴线(3),所述两个测量电极(4、5)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上,并且从所述两个测量电极(4、5)能够分接信号以确定未补偿的流量如体积流量和/或流速,其中,所述测量电极(4、5)限定与所述测量管轴线(3)相交的第一电极轴线(A),并且其中所述第一电极轴线(A)在垂直于所述测量管轴线(3)的第一截平面(Q1)中延伸;

其中,所述流量测量设备(1)包括四个其他电极(8a-11a),该四个其他电极成对(8a、

10a或9a、11a)沿径向彼此相对地布置在所述测量管(2)上并形成与所述测量管轴线(3)相交的第二电极轴线和第三电极轴线(C、F);

其中,所述第二电极轴线和第三电极轴线(C、F)位于第二截平面(Q2)上,其中所述第二电极轴线和第三电极轴线中的每一条(C或F)均与所述测量管轴线(3)相交,并且其中所述第二截平面(Q2)垂直于所述测量管轴线(3),其中,所述第二电极轴线(C)布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且其中,所述第三电极轴线(F)布置成与所述第一电极轴线(A)在所述第二截平面(Q2)上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小,其特征在于如下步骤:

A分接所述四个附加电极(8a-11a)的电位;

B确定沿外周相邻的电极的电位之间的多个电位差;

C对步骤B的电位差加权并且对所述测量电极(4和5)上的电位之间的电位差加权,D根据加权的电位差确定一个或多个校准因子,以及E基于所述一个或多个校准因子补偿未补偿的流量如体积流量和/或未补偿的流速。

说明书 :

确定完全成形旋转对称流量剖面存在性的磁感应流量计及其

方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于确定完全成形旋转对称流量剖面存在性的磁感应流量测量设备和方法,以及涉及一种用于补偿流量测量中的流量剖面相关的测量误差的方法。

背景技术

[0002] 在流量测量的情况下可能会发生流量扰动。这不能完全防止,因为例如一些流量扰动由管线的结构状况引起。通常,建议例如将流量测量设备放置在管线中使得与例如弯管或膈膜的引起扰动的特征相隔至少一定距离,以确保测量误差最小化。
[0003] 但是,由于流量扰动也可以取决于流速具有不同效应,并且扰动也可以随时间变化,例如,由于弯管中的碳酸盐积垢、膜片上的沉积物等,从用户的角度来看,这对检测流量测量的区域中是否存在完全成形旋转对称流量剖面是有意义的。这些信息的确定是迄今尚未解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明的目的通过如权利要求1所述的流量测量设备和如权利要求9所述的方法来实现。
[0005] 本发明的磁感应流量测量设备包括:测量管,其具有测量管轴线;以及两个测量电极,该两个测量电极沿径向彼此相对地布置在测量管上,并且从该两个测量电极分接信号以确定流量如体积流量和/或流速。测量电极限定与测量管轴线相交的第一电极轴线,并且其中第一电极轴线在垂直于测量管轴线的第一截平面中延伸。
[0006] 该流量测量设备包括四个其他电极,该四个其他电极成对沿径向彼此相对地布置在测量管上,并且形成与测量管轴线相交的第二和第三电极轴线,其中第二和第三电极轴线位于第二截平面上,其中第二和第三电极轴线中的每一条均与测量管轴线相交,并且其中第二截平面垂直于测量管轴线,其中第二电极轴线布置成与第一电极轴线在所述第二截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,其中第三电极轴线布置成与第一电极轴线在所述第二截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小。
[0007] 本发明的磁感应流量测量设备包括评估单元,该评估单元被实施成基于从第二和第三电极轴线的电极分接的测量信号来检测流量剖面。
[0008] 流量测量设备的结构构造允许与评估单元协作来检测在流量测量的时间点是否存在完全成形旋转对称流量剖面。在这种情况下,流量测量的时间点不是电位的具体记录,而是测量值的连续确定的参考,在这种情况下,流量剖面的检测也补充地进行,以能够评估所确定的流量值的可靠性。
[0009] 本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。
[0010] 有利地,第二和第三电极轴线布置成与第一电极轴线在第二截平面上的平行投影偏离π/8弧度和3π/8弧度之间的角度大小。在绕与测量管轴线相交点旋转的情况下,偏离可以通过投影来实现。
[0011] 第二电极轴线和第三电极轴线可以有利地布置成与第一电极轴线的平行投影偏离相同的顺时针或逆时针幅值。
[0012] 磁感应流量测量设备有利地包括,作为在第二截平面上的四个电极的补充的四个另外其他电极,该四个另外其他电极成对沿径向彼此相对地布置在测量管上并形成与测量管轴线相交的第四和第五电极轴线;其中第四和第五电极轴线位于第三截平面上,其中第四和第五电极轴线中的每一条均与测量管轴线相交,并且其中第三截平面垂直于测量管轴线,其中第四电极轴线布置成与第一电极轴线在第三截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且其中第五电极轴线布置成与第一电极轴线在第三截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小。
[0013] 四个另外附加电极的这种布置可以被应用来对由其他四个电极实现的结果进行合理性检查。
[0014] 然而,第二和第三截平面有利地但非绝对地以距第一截平面相等间隔沿流动方向布置在第一截平面之前和之后。因此,两个(或更多的)附加平面可以布置在第一截平面之前或之后,并且也可以在Z方向上完全不对称地布置。
[0015] 评估单元有利地装配成基于第二截平面的四个电极的所分接的测量值——并且优选还基于第三截平面的四个电极的所分接的测量值——补偿流量横截面相关的测量误差。
[0016] 在这种情况下,用于补偿流量横截面相关的测量误差的评估单元可以基于加权因子对四个、优选八个附加电极上的电位差进行加权。
[0017] 评估单元可以有利地确定补偿的流量函数,并且评估单元此后可以例如通过设置上限和/或下限来去除该流量函数的极值。
[0018] 利用磁感应流量测量设备进行流量测量的情况下确定完全成形旋转对称流量剖面存在性的本发明的方法,该磁感应流量测量设备具有测量管以及两个测量电极,该测量管具有测量管轴线,该两个测量电极沿径向彼此相对地布置在测量管上,并且从该两个测量电极能够分接信号以确定流量如体积流量和/或流速,
[0019] 其中测量电极限定与测量管轴线相交的第一电极轴线,并且其中第一电极轴线在垂直于测量管轴线的第一截平面中延伸;
[0020] 其中流量测量设备具有四个其他电极,该四个其他电极成对沿径向彼此相对地布置在测量管上并且形成与测量管轴线相交的第二电极轴线和第三电极轴线;
[0021] 其中该第二电极轴线和第三电极轴线位于第二截平面上,其中第二电极轴线和第三电极轴线中的每一条均与测量管轴线相交,并且其中第二截平面垂直于测量管轴线,[0022] 其中第二电极轴线布置成与第一电极轴线在第二截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且
[0023] 其中第三电极轴线布置成与第一电极轴线在第二截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小,
[0024] 其特征在于如下步骤:
[0025] A分接四个附加电极的电位,
[0026] B确定两条电极轴线上的电极对的电位之间的电位差,以及
[0027] C将这些电位差与期望值调和。
[0028] 本发明的方法的有利实施例是从属权利要求的主题。
[0029] 有利地,当其中电位差之一大于预定的期望值的程度,输出完全成形旋转对称流量剖面不存在的差错报告和/或信息。
[0030] 利用磁感应流量测量设备进行流量测量的情况下补偿流量剖面相关的测量误差的本发明的方法,该磁感应流量测量设备具有测量管以及两个测量电极,该测量管具有测量管轴线,该两个测量电极沿径向彼此相对地布置在测量管上,并且从该两个测量电极能够分接信号以确定未补偿的流量如体积流量和/或流速,
[0031] 其中测量电极限定与测量管轴线相交的第一电极轴线,并且其中第一电极轴线在垂直于测量管轴线的第一截平面中延伸;
[0032] 其中流量测量设备具有四个其他电极,该四个其他电极成对沿径向彼此相对地布置在测量管上并且形成与测量管轴线相交的第二电极轴线和第三电极轴线;
[0033] 其中该第二电极轴线和第三电极轴线位于第二截平面上,其中第二电极轴线和第三电极轴线中的每一条均与测量管轴线相交,并且其中第二截平面垂直于测量管轴线,[0034] 其中第二电极轴线布置成与第一电极轴线在第二截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的顺时针角度大小,并且
[0035] 其中第三电极轴线布置成与第一电极轴线在第二截平面上的平行投影偏离小于或等于π/2弧度的逆时针角度大小,
[0036] 其特征在于如下步骤:
[0037] A分接四个附加电极的电位,
[0038] B确定沿外周相邻的电极的电位之间的多个电位差,
[0039] C对步骤B的电位差和测量电极上的电位之间的电位差进行加权,
[0040] D根据加权的电位差确定一个或多个校准因子,以及
[0041] E基于一个或多个校准因子补偿未补偿的流量如体积流量和/或未补偿的流速。

附图说明

[0042] 现将根据附图更详细地描述本发明,其附图如下所示:
[0043] 图1是在垂直于测量管轴线的剖视图中的本发明的流量测量设备的测量管的内周上的电极分布;
[0044] 图2是在平行于测量管轴线的剖视图中的本发明的流量测量设备的电极分布;
[0045] 图3是在截平面Q1中在测量管中的在x、y和z方向上的完全成形的对称流量的情况下电位差对照流的旋转角度;
[0046] 图4a是在截平面Q2中在测量管中的在x、y和z方向上的完全成形对称流量的情况下电位差对照参考两条电极轴线中第一条的流的旋转角度;
[0047] 图4b是在截平面Q3中在测量管中的在x、y和z方向上的完全成形对称流量的情况下电位差对照参考两条电极轴线中第一条的流的旋转角度;
[0048] 图5a是在截平面Q2中在测量管中的在x、y和z方向上的完全成形对称流量的情况下电位差对照参考两条电极轴线中第二条的流的旋转角度;
[0049] 图5b是在截平面Q3中在测量管中的在x、y和z方向上的完全成形对称流量的情况下电位差对照参考两条电极轴线中第二条的流的旋转角度;
[0050] 图6是在测量电极的高度处的跨测量管宽度的磁场分布;
[0051] 图7是根据x、y和z方向上的流量在电极轴线沿分开的z方向定向的情况下的磁场分布;
[0052] 图8是根据x、y和z方向上的流量在电极轴线沿分开的y方向定向的情况下的磁场分布;
[0053] 图9是根据x、y和z方向上的流量在电极轴线沿分开的x方向定向的情况下的磁场分布;
[0054] 图10是作为流速的函数的百分比测量误差的曲线图;
[0055] 图11是可以在信号处理中被考虑用于补偿流量剖面相关的测量误差的各个信号路径的示意图;
[0056] 图12是完全成形旋转对称流量剖面的示意图;
[0057] 图13是扰动的流量剖面的示意图;
[0058] 图14是具有集成的流量测量设备的设备的结构,其中类似于图13的流量剖面在点15处形成;
[0059] 图15是具有类似于图13的流量剖面的旋转流量的流速曲线图,具有未校正的、校正的和理想的预期流速;以及
[0060] 图16是现有技术的磁感应流量测量设备的示意图。

具体实施方式

[0061] 图16示出了已知的流量测量设备101的示意图,现在将基于该流量测量设备101来讨论磁感应流量测量设备的基本构造。流量测量设备的测量管102具有测量管轴线103并且介质111流过测量管102。介质111是导电的,至少在小程度上是导电的。测量管102由非导电材料制成,或者至少在其内表面上衬有非导电材料。
[0062] 垂直指向测量管轴线103的磁场MF经由磁体系统产生,该磁体系统通常由两个线圈装置106和107组成——例如由径向彼此相对布置在测量管上的磁体线圈组成。在磁场MF的影响下,位于介质11中的电荷载流子根据极性迁移到两个极性相反的测量电极104、105。这些测量电极形成测量电极轴线A,该测量电极轴线A被定向成垂直于磁场MF并垂直于测量管轴线103。在测量电极104、105上形成的电压与在测量管102的截面上平均的被测介质111的流速成比例,即呈现测量介质111的流量的完全成形流量剖面(fully developed flow profile),并被认为是测量管102中的介质111的体积流量的度量。测量管102可以另外经由连接元件如法兰(未示出)与介质111流经的管道系统连接。在图14中以示例的方式示出了以使用相应法兰连接的这种方式集成的磁感应流量测量设备。
[0063] 在所示示例中,测量电极104、105定位成与介质即被测介质111直接接触;然而,如上面已经提到,耦合性质上也可以是电容性的。
[0064] 测量电极104、105可以经由连接线112、113与评估单元108连接。线圈装置106、107和评估单元108之间的连接可以经由连接线114、115实现。评估单元108可以经由连接线116或经由无线信号路径与输入/输出单元109连接。
[0065] 评估单元108可以可选地具有存储器单元110和计算单元(未示出)并且可以顾及线圈控制。评估单元在这种情况下向线圈装置106、107提供电流,使得磁场MF周期性地改变其方向。
[0066] 当流经测量管的介质的流量剖面是旋转对称的并且完全成形,图16所示的常用磁感应流量测量设备高度精确地测量。任何与理想流量剖面的偏差都会导致附加的测量偏差。本发明的主题使得能够确定近似旋转对称且完全成形流量剖面是否存在。在本发明的进一步发展中,与理想流量剖面的偏差可以被检测到和/或这种偏差可以被补偿。
[0067] 图1和2示出了本发明的磁感应流量测量设备的简化截面。图16所示的磁感应流量测量设备的基本结构保持不变。然而,图1和图2所示的测量设备补充了布置在测量管2上和/或中的附加电极。
[0068] 两个电极6和7的应用是已知的。在本发明中,它们仅可选地被应用。电极6的情况下涉及所谓的 电极(被测物质监测电极)或EPD电极(空管检测电极),其确定测量管是充满的还是仅部分填充。在水平安装的情况下,该电极6位于测量管2的管腔的最高点处。
[0069] 此外,提供了电极7,该电极被实施为所谓的接地电极。在流量测量设备水平安装的情况下,它位于测量管的管腔的最低点处。因此电极6和7形成垂直于测量电极4和5的测量电极轴线A的电极轴线G。测量电极以及电极6和7优选位于测量管2的共享的第一截平面Q1中。
[0070] 而且,在图1和2的实施例中,总共有八个布置在测量管2上的其他电极8a-11a、8b-11b。然而,本发明也可以例如仅用四个电极来实现。
[0071] 在这种情况下,8a-11a或8b-11b四个电极构成的组优选位于测量管的第二截平面Q2或第三截平面Q3上,从而位于测量管2的垂直于测量管轴线3的切割平面上。在仅提供四个其他电极作为对两个测量电极4和5和可选电极6和7的补充的情况下,这些电极优选一起位于截平面Q1上。然而,在本发明的环境中,较不优选的配置也是可能的,其中两个电极6和7中的一个或两个位于第一截平面Q1之外。
[0072] 在仅提供具有四个电极的一个截平面的情况下以及在分别设置有四个电极的两个截平面情况下,电极8a和10a及9a和11a以及8b和10b及9b和11b可以优选地分别形成与测量管轴线3垂直相交的成对的电极轴线C(Q2)、C(Q3)、F(Q2)或F(Q3)。因此,在一个或两个截平面上分别实施有至少两条电极轴线C和F。当然,更多的电极和其他电极轴线也可以布置在第二截平面Q2和/或第三截平面Q3上。
[0073] 在上述至少两条电极轴线C和F中,一条电极轴线相对于测量电极轴线A在相关截平面Q2或Q3上的平行投影从测量电极轴线A的平行投影顺时针旋转达π/8弧度至3π/8弧度范围内的角度大小。这两条电极轴线中的第二轴线同样优选地从测量电极轴线A的平行投影逆时针旋转在类似范围内的角度大小。此外,优选地,至少两条电极轴线C和F中的第一电极轴线和第二电极轴线可以定向成彼此垂直。
[0074] 在图1的特别优选的实施例中,两条电极轴线从测量电极轴线A的平行投影旋转π/4弧度的角度大小即旋转45度角。在这种情况下,一条电极轴线顺时针旋转,而一条电极轴线逆时针旋转。
[0075] 优选地,在测量管轴线3上沿流动方向FL,第二截平面Q2布置在第一截平面Q1之前,而第三截平面Q3布置在第一截平面Q1之后。在图2的优选实施例中,第二截平面Q2和第三截平面Q3与第一截平面Q1具有相同的间隔。
[0076] 上述电极配置应用于检查流量剖面。这将基于图3-10更详细地进行解释。
[0077] 为了表征流量剖面(flow profile),应用三维坐标系,其由三个方向分量x、y和z组成,这三个方向分量相互垂直地延伸。在这种情况下,其中一个方向分量(z方向分量)平行于测量管轴线3延伸并且优选地与测量管轴线3重合。
[0078] 旋转对称完全成形流量剖面应该只有一个方向分量,即z分量。
[0079] 图1和2所示的测量设备根据利用上述测量设备的相应计算机模型的仿真来检验。测量设备的模型使用有限元方法来创建。在这种情况下,分别仅具有x方向、y方向或z方向上的一个流动方向的流量被仿真。对于所有的流动方向,均假设相似的流速。只有这些流量可以被模拟,因为仅具有x分量或y分量的流量在实际情况下不会出现在测量管中。
[0080] 图3首先示出当具有完全成形旋转对称的流量剖面的流量的旋转被仿真的情况下,根据旋转角度变化的测量电极4和5之间的电位差。仅具有z分量的流量产生表示给定流速的电压差。分接的电压与旋转角度无关。只有x分量和y分量的流量在测量电极上不产生电压。因此,这两个流量的电位差为零。
[0081] 图4a示出了电极10a和11a之间的电位差,电极10a和11a沿流动方向布置在两个测量电极中的第一电极4之前,并且沿管圆周偏离第一电极±45度的角度。
[0082] 图4b示出了电极10b和11b之间的电位差,电极10b和11b沿流动方向布置在两个测量电极中的第一电极4之后,并且沿管圆周偏离第一电极±45度的角度。
[0083] 确定的仅具有z分量的流量的电位差为零。而仅具有x分量或y分量的流量产生取决于流的旋转角度的电位差。此外,检测到具有x分量的流量在0°和180°处具有零伏特,并且具有y分量的流量在90°和270°处具有零伏特。电位差的极性包括图4a和4b的电位差的相反符号。
[0084] 图5a示出了电极8a和9a之间的电位差,电极8a和9a沿流动方向布置在两个测量电极中的第二电极5之前,并且沿管圆周偏离第二电极±45度的角度。
[0085] 图5b示出了电极8b和9b之间的电位差,电极8b和9b沿流动方向布置在两个测量电极中的第二电极5之后,并且沿管圆周偏离第二电极±45度的角度。
[0086] 所确定的电位差具有与图4a和4b所示的电位差相同的幅值,但具有相反符号。
[0087] 图6示出了跨测量管宽度的典型磁场分布。磁场分布可以变化。因此,已知例如经由极靴将磁场分布在整个截面上。因此,极靴的形状也起作用,同样多个线圈可以布置成沿外周分布在极靴上,使得因此每个线圈装置可以设置多个线圈。而且,所谓的鞍形线圈可以具有不同于图6的磁场分布。因此,在实际流量测量设备的情况下,磁场分布可以在特别安装的线圈系统的相应评估单元的存储器单元中提供并且被包括在计算中。因此,图6中所示的磁场分布对应于测量电极上的确定的值并且仅给出z分量的MF值,因为旋转对称的完全成形流量的x分量和y分量在测量电极4和5之间不产生信号。
[0088] 然而,在仿真仅具有x分量、y分量和z分量的流量的情况下,有产生沿信号路径10a-9a的磁场分布的图7所示的曲线。
[0089] 图8给出了沿信号路径10a-11a的磁场分布。
[0090] 图9给出了沿信号路径11a-9a的磁场分布。
[0091] 这样,磁场分布可以在本发明的流量测量设备的评估单元的存储器单元中提供来用于在实际条件下的流量校正。
[0092] 传感器的线性度可以例如基于施利希廷(Schlichting)流速剖面示出。图10在施利希廷剖面中示出了测量电极轴线4-5的信号路径IV的线性度以及附加两条电极轴线9a-10a和10a-8a的彼此叠加的信号路径V和VI的线性度。
[0093] 这些线性度同样可以在评估单元的存储器单元中提供。
[0094] 流量和/或流速的确定通过被衡量为传感器的灵敏度的测量电极4和5上的信号分接来实现。灵敏度可以在评估单元的存储器单元中提供。在测量电极上分接的电压与在z方向上的流速成比例。在旋转对称完全成形流量剖面的情况下,该流速对应于实际流速。
[0095] 在这些初步的考虑和仿真之后,现在将更详细地解释实际操作的流量测量设备的测量操作以及特别是其由评估单元实现的信号处理。
[0096] 将参考图11和12。在这种情况下,附图标记A、C和F表示沿与测量管轴线3相交的电极轴线的信号路径,而B、D、E和G表示不沿与测量管轴线3相交的电极轴线延伸的信号路径。在这种情况下,附图标记A表示沿测量电极轴线的信号路径。
[0097] 以下定义适用于在图11的电极上分接的电位:
[0098] 电极4=E0
[0099] 电极5=E1
[0100] 电极6=EEPD(“空管检测”)
[0101] 电极7=EGND(“接地”)
[0102] 电极8a=E4
[0103] 电极8b=E8
[0104] 电极9a=E5
[0105] 电极9b=E9
[0106] 电极10a=E2
[0107] 电极10b=E6
[0108] 电极11a=E3
[0109] 电极11b=E7
[0110] 首先,确定第二截平面Q2上的信号路径B和C上的电位差(E2-E3)和(E4-E5)。如果两个电位差均为零,则完全成形旋转对称剖面存在,并且根据测量的电位差(E0-E1)确定的流速对应于实际流速。
[0111] 差异形成的结果不必绝对为零,而是可以建立期望值SW,其例如接近于零,但允许小的测量偏差。
[0112] 如已经描述的,对于在图1和2中的本发明的磁感应流量测量设备的结构构造来说,具有四个电极的第二截平面Q2是足够的。然而,流量测量设备可以有利地补充有第三截平面Q3,第三截平面Q3又具有四个优选地相同布置的电极。这样,测量误差,例如由于电极之类上的积垢形成产生的测量误差可以被补偿。
[0113] 当安装了磁感应流量测量设备中的常用电极的补充,在应用八个附加电极8a、b-11a、b的情况下,满足以下不等式:
[0114] lp=(E2-E3+E8-E9)/2≤SW,以及
[0115] lr=(E4-E5+E6-E7)/2≤SW,
[0116] 则用户可以假设完全成形旋转对称的流量剖面存在于流量测量中。所确定的流量值和/或流速的测量误差相应较小。然后,旋转对称的完全成形流量剖面的存在性可以通过输出单元向用户显示。
[0117] 基于差异形成,还可获得关于实际流量剖面偏离完全成形旋转对称的流量剖面的程度的信息。差异值同样可以通过输出单元显示。
[0118] 在该方法的进一步发展中,改变的流量剖面的补偿也可以进行。
[0119] 为了补偿流量剖面的测量效应,电位差(E2-E5)、(E6-E9)、(E3-E4)和(E7-E8)的加权分数必须用经验加权因子计算。
[0120]
[0121] 在这种情况下,wfactor是加权因子,
[0122] CALFnorminal是流量测量设备的标称灵敏度除以在为标称灵敏度选择的参考条件下使用测量电极4和5上测量的电位差(E0-E1)实际确定的灵敏度的值,
[0123] CALFtb是流量测量设备的标称灵敏度除以在为标称灵敏度选择的参考条件下使用测量的电位差(E3-E4)或(E5-E2)实际确定的灵敏度的值,
[0124] Unom是流量测量设备的标称灵敏度即传感器的标称灵敏度(由制造商基于参考条件提供)。
[0125] 使用加权因子wfactor,则补偿值可以考虑CALFtb加以确定。
[0126] Ustd=E0-E1
[0127] Utop in=E2-E5
[0128] Utop out=E6-E9
[0129] Ubottom in=E3-E4
[0130] Ubottom out=E7-E8  (4)
[0131]
[0132]
[0133] 其中cvaltop是上测量信号的加权部分;cvalbottom是下测量信号的加权部分(参见图11)。
[0134] 为了完整记录流量分布,考虑测量信号的入流值和出流值,即位于E0-E1之前或之后的电极轴线上分接的测量信号,这些电极轴线位于第二截平面Q2和/或第三截平面Q3上并平行于位于第一截平面Q1上的测量电极轴线A的垂线延伸。当计算值高时,即超过上限期望值SW2时,则可以假设流量分布没有显著影响,并且其补偿可保持不考虑。
[0135] 根据不同的电位差,两对之间的比率clim之和根据(7)确定。
[0136]
[0137] 使用(4)、(5)、(6)和(7)的结果,计算补偿的测量结果,其中Cx45,90和Cz45,90是在预定角度的x流量分量和z流量分量的灵敏度。这些例如基于在存储器单元中提供的传感器模型加以计算。
[0138]
[0139]
[0140] 由于该公式中的SW2规格,极值可能会出现,然而,该极值可以有利地从计算中被去除:
[0141] 以下建议了极小值的去除:
[0142]
[0143]
[0144]
[0145] 以下建议了极小值的去除:
[0146]
[0147] 图12示出了旋转对称的完全成形流量剖面。
[0148] 图13示出了扰动的流量剖面。扰动在设备中发生,在该设备中,本发明的流量测量设备安装紧接着在90°弯曲部14之后。在这种情况下,图13表示在位置15处的流量剖面,诸如出现在磁感应流量计1的测量电极的水平处。
[0149] 图15显示了未校正的流量,呈直线形式的预期流量和校正后的流量。如从图15可以看出的,校正后的流量值呈现出明显较小的波动。大体上,所示的数值表明与实际流量的测量偏差改善达7.92的因子。
[0150] 此外,采用其他流量扰动体和由此产生的扰动的流量剖面执行试验。在应用本发明的流量测量设备和本发明应用方法的具体实施例的情况下,取决于流量扰动的强度,获得达1.9至约10因子的改进。
[0151] 附图标记
[0152] 101 磁感应流量测量设备
[0153] 102 测量管
[0154] 103 测量管轴线
[0155] 104 测量电极
[0156] 105 测量电极
[0157] 106 线圈装置
[0158] 107 线圈装置
[0159] 108 评估单元
[0160] 109 输入和/或输出单元
[0161] 110 存储器单元
[0162] 111 介质
[0163] 112 连接线
[0164] 113 连接线
[0165] 114 连接线
[0166] 115 连接线
[0167] 1 磁感应流量测量设备
[0168] 2 测量管
[0169] 3 测量管纵向轴线
[0170] 4 测量电极
[0171] 5 测量电极
[0172] 6 EPD电极
[0173] 7 接地电极
[0174] 8a–11a 在截平面Q2上的附加电极
[0175] 8b–11b 在截平面Q3上的附加电极
[0176] 14 90°弯曲部
[0177] 15 测试点
[0178] Q1 第一截平面
[0179] Q2 第二截平面
[0180] Q3 第三截平面
[0181] FL 流速
[0182] MF 磁场
[0183] x 流量的方向分量
[0184] y 流量的方向分量
[0185] z 流量的方向分量
[0186] I z方向上的流量
[0187] II x方向上的流量
[0188] III y方向上的流量
[0189] A 测量电极轴线或沿该轴线的信号路径
[0190] C 穿过测量管纵向轴线的电极轴线
[0191] F 穿过测量管纵向轴线的电极轴线
[0192] B 没有与测量管纵向轴线相交的电极轴线
[0193] D 没有与测量管纵向轴线相交的电极轴线
[0194] E 没有与测量管纵向轴线相交的电极轴线
[0195] G 接地电极与EPD电极之间的电极轴线