專利名稱：熱式質(zhì)量流量計(jì)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱式質(zhì)量流量計(jì)，用以確定通過(guò)容器的材料流量 及其操作方法。
背景技術(shù)：
這樣的質(zhì)量流量計(jì)很久以來(lái)是已知的。熱式質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原 理基于一安裝在支架上的加熱元件在其浸入一流動(dòng)的流體時(shí)的冷卻。 流過(guò)加熱元件的表面的流動(dòng)吸收熱量并因此冷卻加熱元件。結(jié)構(gòu)和特 性原則性示于圖1中。流動(dòng)吸收的熱量對(duì)此取決于在表面與流體之間的溫度差以及流動(dòng)本身。這可以通過(guò)函數(shù)—(r0-rF)來(lái)描述，其中々為帶走的熱量，(T。-TF)為溫度差，oc為比例常數(shù)。比例常數(shù)a對(duì)此直接取決于流動(dòng)并且是加熱元件上的質(zhì)量流密度 的函數(shù)a-f(pv) V^ 。如果現(xiàn)在在表面與流體之間的溫度差以及為 產(chǎn)生該溫度差需要的加熱功率是已知的，則因此可以由此確定經(jīng)過(guò)加 熱元件的質(zhì)量流量。為了實(shí)際地實(shí)施這樣一種熱式質(zhì)量流量測(cè)定，因此如圖1中所示 現(xiàn)在將兩個(gè)溫度傳感器置于流動(dòng)中，其中一個(gè)溫度傳感裝置被加熱并 且用于流量測(cè)定。第二溫度傳感器用于流體溫度TF的測(cè)定。對(duì)此總的來(lái)說(shuō)純靜態(tài)地以一恒定的加熱功率或一在加熱器與流動(dòng) 之間的恒定的溫度差實(shí)現(xiàn)測(cè)定。但在這方面也可以實(shí)現(xiàn)一脈動(dòng)的操作， 其以稍微較高的費(fèi)用利用。但對(duì)于全部這些測(cè)定重要的是，實(shí)現(xiàn)加熱功率和溫度差的很精確 的測(cè)定。對(duì)此可以不直接測(cè)量傳給流動(dòng)的熱量，而通過(guò)投入的電加熱 功率的測(cè)定來(lái)確定。但由于結(jié)構(gòu)造成的，施加的電加熱功率并不完全直接由傳感器頭傳給流動(dòng)，而是一部分熱量流入傳感器頭的支架中并 且從那里被傳給周圍環(huán)境或遠(yuǎn)離測(cè)量元件傳給流動(dòng)。由于該熱流也進(jìn) 入質(zhì)量流量的測(cè)定中，其直接影響測(cè)量結(jié)果并且在熱式質(zhì)量流量計(jì)的 使用中構(gòu)成大的誤差源。部分地將其在質(zhì)量流量計(jì)的校準(zhǔn)中加以考慮。 但由于其特別依賴于流動(dòng)條件和溫度條件在流動(dòng)中強(qiáng)烈地波動(dòng)，其也 只能有條件地在校準(zhǔn)中考慮并且仍構(gòu)成大的誤差源。因此為了開發(fā)一 種熱式質(zhì)量流量計(jì)試圖將該損失熱流盡可能保持很小，以便由此獲得 盡可能精確的流動(dòng)測(cè)定。為了減小這樣的影響因此通常在熱式質(zhì)量流量計(jì)的開發(fā)中試圖將大。亦即在加熱器與流動(dòng)之間產(chǎn)生一很好的熱接觸并同時(shí)通過(guò)相應(yīng)的絕緣減少流入支架的散熱。US 5 880 365中指出一可能的實(shí)施形式。 絕緣對(duì)此總的來(lái)看包圍傳感器頭的整個(gè)支架，以便產(chǎn)生盡可能高的絕 緣作用。傳給流動(dòng)的熱量是流量的一個(gè)度量。如果直接經(jīng)由傳感器和間接 經(jīng)由支架傳給流動(dòng)的熱量處于一恒定的關(guān)系，則可以通過(guò)校準(zhǔn)確定在 熱量與質(zhì)量流量之間的唯一的關(guān)系。在這方面假定，經(jīng)由傳感器和支 架傳走的損失熱流只取決于流量和傳感器本身的結(jié)構(gòu)。但在實(shí)際的過(guò)程條件下，在直接與間接傳給流動(dòng)的熱量之間的恒 定的只取決于流量的關(guān)系的假設(shè)證明是錯(cuò)誤的。對(duì)這樣的錯(cuò)誤的主要 原因是通流介質(zhì)中的污染，它們沉積在傳感器和支架的表面上并從而 導(dǎo)致熱傳遞的改變。如果例如傳感器與氣體之間的傳熱變壞，則供給 的熱量以較大程度經(jīng)由支架排走。在校準(zhǔn)時(shí)預(yù)先發(fā)現(xiàn)的在傳感器與支 架的放熱之間的關(guān)系因污染而改變。污染因此構(gòu)成非本意的偽化校準(zhǔn)并從而偽化測(cè)定的后果。由于不 可能識(shí)別傳感器頭的污染，其導(dǎo)致嚴(yán)重的測(cè)量值失真。污染的質(zhì)量計(jì)由于支架中的熱損失而顯示一過(guò)小的測(cè)量值。在灌 注過(guò)程中存在過(guò)充滿的危險(xiǎn)。在計(jì)算時(shí)算出一過(guò)小的值。雖然通過(guò)經(jīng)常的大多數(shù)耗費(fèi)的再校準(zhǔn)可以對(duì)付該問(wèn)題，但為此必須拆卸傳感器。不利的是為此必須中斷過(guò)程。由于因污染引起的失準(zhǔn) 的時(shí)刻不可能預(yù)測(cè)，常常必須不必要地在狹窄的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)。 "在需要時(shí)"校準(zhǔn)是不可能的。還已知就地利用一獨(dú)立的第二傳感器的監(jiān)控。但由于兩傳感器受 到同樣的污染。這導(dǎo)致平行漂移，從而再次不可能識(shí)別誤差。此外由 于過(guò)多的傳感器系統(tǒng)顯著地提高安裝和維護(hù)的費(fèi)用。發(fā)明內(nèi)容因此本發(fā)明的目的在于，無(wú)過(guò)程中斷地可靠地識(shí)別已知的熱式質(zhì) 量流量計(jì)的漂移。按照本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上利用權(quán)利要求1的裝置達(dá)到該目的。此外通過(guò)按照權(quán)利要求7的方法的步驟達(dá)到該目的。本發(fā)明的有利的實(shí)施形 式說(shuō)明于諸從屬權(quán)利要求中。為了提高測(cè)量方法的測(cè)量可靠性而無(wú)上述限制，建議，通過(guò)由同 一傳感器系統(tǒng)利用測(cè)量元件A和B的兩種操作方式得到的測(cè)量結(jié)果的 相互比較識(shí)別污染并且通過(guò)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)的和/或測(cè)量技術(shù)的措施考慮 各測(cè)量元件的不同的污染速度和由此對(duì)操作方式的不同的影響。按選擇借助已知的方法通過(guò)在恒定的加熱功率時(shí)的過(guò)熱確定或在 恒定的過(guò)熱時(shí)的功率確定來(lái)實(shí)現(xiàn)流量確定。優(yōu)選在恒定的流量時(shí)實(shí)施 污染識(shí)別。借此避免因在流量中的動(dòng)態(tài)引起的測(cè)量誤差。在第一操作方式中，加熱測(cè)量元件A,而測(cè)量元件B用于確定介 質(zhì)溫度。在第二操作方式中，加熱測(cè)量元件B，而測(cè)量元件A用于確定介 質(zhì)溫度。傳感器系統(tǒng)輪流地以兩種操作方式操作并相互比較此時(shí)求得的測(cè) 量結(jié)果。只要各測(cè)量結(jié)果是相同的，則源自一未受污染損害的傳感系 統(tǒng)。在彼此偏離的測(cè)量結(jié)果中存在損害。在兩種操作方式中校準(zhǔn)質(zhì)量流量計(jì)。無(wú)污染時(shí)經(jīng)由第一和第二操 作方式確定的測(cè)量值的差額是相同的或小于測(cè)量精度。如果由于上述措施導(dǎo)致測(cè)量元件A和B的不等的污染，則其對(duì)兩種操作方式具有不 同的影響。因此可靠地識(shí)別污染。如果偏差大于一可自由選擇的界限 值，則可進(jìn)行"按需要的"再校準(zhǔn)。由此迅速變化的流量不同樣導(dǎo)致在兩種操作方式中的測(cè)量值的差 異，只在幾乎恒定的流量時(shí)允許評(píng)價(jià)兩種操作方式之間的測(cè)量值偏差。


以下借助一個(gè)實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。對(duì)此需要的附圖顯示 圖l 熱式質(zhì)量流量計(jì)的原理圖； 圖2 測(cè)量流量的原理圖。
具體實(shí)施方式
圖2中原則性示出一個(gè)具有兩個(gè)測(cè)量元件的測(cè)量裝置。其中一個(gè) 測(cè)量元件加熱操作。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形式中對(duì)各測(cè)量元件設(shè)置不同的導(dǎo)流。借此 通過(guò)不同的流動(dòng)達(dá)到污染粒子在兩個(gè)測(cè)量元件上的不同的沉積行為。在本發(fā)明的另一實(shí)施形式中設(shè)定，兩種操作方式中的占空比 (TastverhMtnis )是不對(duì)稱的，加熱的各測(cè)量元件可以4吏濕的污物干 燥，這導(dǎo)致兩個(gè)測(cè)量元件的不同的較快的污染，因?yàn)闈竦暮透稍锏奈?物不同程度地粘附在各測(cè)量元件上。通過(guò)各操作方式的不對(duì)稱的占空 比達(dá)到污物粒子在兩個(gè)測(cè)量元件上的不同的沉積行為。在本發(fā)明的另一實(shí)施形式中設(shè)定，將兩個(gè)測(cè)量元件的表面特性構(gòu) 成不同的。對(duì)此可以設(shè)定，改變各測(cè)量元件的表面粗糙度。或者可以 設(shè)定， 一個(gè)測(cè)量元件的表面配備抗粘附層并借此達(dá)到污物粒子在兩個(gè) 測(cè)量元件上的不同的沉積行為。此外可以設(shè)定，相互組合多個(gè)上述器件以便引起污物粒子的不同 的沉積行為。在任何情況下污物粒子在兩個(gè)測(cè)量元件上的不同的沉積行為導(dǎo)致 可檢測(cè)的測(cè)量值差。
權(quán)利要求
1. 熱式質(zhì)量流量計(jì)，包括至少一個(gè)在支架上安裝的傳感器裝置，所述傳感器裝置浸入一個(gè)包含流動(dòng)的介質(zhì)的容器內(nèi)；其特征在于，傳 感器裝置包括第一和第二測(cè)量元件，其中分別加熱一個(gè)測(cè)量元件而不 加熱另一測(cè)量元件，并且兩個(gè)測(cè)量元件可輪流地加熱。
2. 按照權(quán)利要求1所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，在各測(cè)量元 件上不同地引導(dǎo)介質(zhì)的流動(dòng)。
3. 按照權(quán)利要求1至2之一項(xiàng)所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于， 兩種操作方式的占空比是不對(duì)稱的。
4. 按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，兩 個(gè)測(cè)量元件的表面特性是不同的。
5. 按照權(quán)利要求4所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，其中一個(gè)測(cè) 量元件的表面配備抗粘附層。
6. 按照權(quán)利要求4所述的質(zhì)量流量計(jì)，其特征在于，測(cè)量元件的 表面粗糙度是不同的。
7. 用于操作熱式質(zhì)量流量計(jì)的方法，該質(zhì)量流量計(jì)包括至少一個(gè) 在支架上安裝的傳感器裝置，所述傳感器裝置浸入一個(gè)包含流動(dòng)的介 質(zhì)的容器內(nèi)；其特征在于，利用兩個(gè)測(cè)量元件測(cè)量流量，將兩個(gè)測(cè)量 元件輪流地階段式加熱；階段式相互比較各測(cè)量元件的測(cè)量值；以及 在測(cè)量元件的測(cè)量值之間的偏差在接著的階段中識(shí)別作為測(cè)量元件的 改變。
8. 按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在接著的階段中只 在幾乎恒定的流量時(shí)評(píng)價(jià)在測(cè)量元件的測(cè)量值之間的偏差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱式質(zhì)量流量計(jì)用以確定通過(guò)容器的質(zhì)量流量。對(duì)此在一個(gè)支架上安裝傳感器裝置，其浸入一個(gè)包含流動(dòng)的介質(zhì)的容器內(nèi)。建議，傳感器裝置包括第一和第二測(cè)量元件，其中分別加熱一個(gè)測(cè)量元件而不加熱另一個(gè)測(cè)量元件，并且兩個(gè)測(cè)量元件可輪流地加熱。
文檔編號(hào)G01F1/86GK101311684SQ20081010054
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月21日
發(fā)明者R·胡克 申請(qǐng)人:Abb股份公司