專利名稱：用于操作流量測(cè)量裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于操作流量測(cè)量裝置、尤其是
感應(yīng)式流量測(cè)量裝置的方法，其中介質(zhì)流過測(cè)量管，還設(shè)置有電極結(jié)構(gòu)，所述電極根據(jù)液面 高度與介質(zhì)形成電連接。
背景技術(shù)：
已知現(xiàn)有技術(shù)條件下有多種這類裝置。這些裝置中有許多均具有附加功能，除了 原本的測(cè)量流量之外還能測(cè)定其它參數(shù)。從公開文獻(xiàn)DE 10 118 002中就可以找出一個(gè)示 例。這里還通過一個(gè)相應(yīng)的裝置將交流信號(hào)施加在其中至少一個(gè)電極上，并且在該電極上 測(cè)量阻抗，以便能夠據(jù)此對(duì)設(shè)備進(jìn)行診斷。這就意味著最終在同一個(gè)電極上測(cè)量所饋入的 信號(hào)以及隨后產(chǎn)生的以阻抗形式確定的響應(yīng)函數(shù)。
已知DE 196 37716中還有其它一些示例。 除此之外，還有一些也能在管道部分充滿的情況下測(cè)量流速的磁性流量測(cè)量設(shè) 備。除了以測(cè)量速度的形式測(cè)量流量之外，還測(cè)定介質(zhì)的液面高度，并由此求出體積流量。 可以使用很多測(cè)量技術(shù)來測(cè)定液面高度。已知可使用一種分離式電容測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)定。 與此不同的是，可以通過不均勻磁場(chǎng)測(cè)定液面高度。已知也可以在兩個(gè)電極之間饋入電流， 并形成另外兩個(gè)電極對(duì)上的電壓比，以此來測(cè)定液面高度。 實(shí)施這種方法的前提條件是至少六個(gè)電極或者三個(gè)電極對(duì)與介質(zhì)形成接觸。如果 因液面高度低而沒有形成接觸，當(dāng)在某一個(gè)電極對(duì)上同時(shí)饋入電流時(shí)，原則上也可求出兩 個(gè)電極對(duì)之間的電壓比。為了精密測(cè)量流量，且在必要時(shí)檢測(cè)干擾效應(yīng)，需要有很高的測(cè)量 裝置靈敏度。由于在這種已知的情況下是在相同電極上測(cè)量饋入信號(hào)以及饋出信號(hào)，會(huì)造 成電流或電壓測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤。測(cè)量裝置將因此而喪失一部分測(cè)量靈敏度。
除了要求流量測(cè)量裝置能夠測(cè)量流量之外，有時(shí)還要能夠檢測(cè)僅僅與流量間接相 關(guān)的參數(shù)，如介質(zhì)的導(dǎo)電率、電極沉積等等。因此不僅需要通過測(cè)量來確定液面高度，而且 也要能夠識(shí)別或校正可能使測(cè)量失真的其它參數(shù)。還要?jiǎng)?wù)必避免在某一個(gè)因?yàn)殡娏骰螂妷?測(cè)量錯(cuò)誤而承受負(fù)載的電極上進(jìn)行測(cè)量，以便能夠完全執(zhí)行伴隨診斷。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于對(duì)所述類型的流量測(cè)量裝置進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，使得一方面用 較少數(shù)量的電極就能實(shí)現(xiàn)可靠的液面高度確定的目的、能夠更加精確地測(cè)定液面高度、能 夠明顯簡(jiǎn)化所使用的電子器件、以及除了流速或流量之外還能可靠檢測(cè)附加的流參數(shù)或者 測(cè)量裝置的工作參數(shù)。 按照本發(fā)明所述，采用具有權(quán)利要求1的特征部分所述特征的方法可以實(shí)現(xiàn)上述 目的。 本發(fā)明所述方法的其它有益實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中給出。 本發(fā)明的核心方法在于在測(cè)量管中共有至少4個(gè)電極相對(duì)于測(cè)量管的橫斷面布置在半圓周范圍內(nèi)；當(dāng)在其中一個(gè)電極或者一個(gè)電極對(duì)上饋入至少一個(gè)信號(hào)時(shí)，在一個(gè)電 極上或者在一個(gè)電極對(duì)之間測(cè)量電流，而在至少另一個(gè)電極對(duì)之間或者相對(duì)于公共的地線 測(cè)量電壓，然后比較利用兩個(gè)不同的電極組合得到的測(cè)量結(jié)果，得出不同的電壓值和電流 值之比，并且由此推測(cè)管內(nèi)的液面高度和/或電極沉積和/或傾斜安裝情況和/或管底部 的沉淀和/或其它診斷可能性，和/或由此校正流速。 在本發(fā)明的核心中，通過將一種或多種電壓和/或電流施加在一個(gè)或多個(gè)電極上 而測(cè)量傳感單元內(nèi)部的電壓和/或電流，從而測(cè)定測(cè)量管內(nèi)部的導(dǎo)電率分布。在一個(gè)或多 個(gè)電極上測(cè)量電壓和/或電流是在相互之間進(jìn)行測(cè)量的，或者是相對(duì)于基準(zhǔn)或地進(jìn)行測(cè)量 的。原則上也可以通過磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)以及產(chǎn)生電壓和電流。 這里首先要使用很多電極，至少是四個(gè)。這樣就能有足夠的電極可供"交換"組合 用來檢測(cè)測(cè)量值的電極對(duì)。以這種方式可以防止出現(xiàn)開頭所述的錯(cuò)誤測(cè)量電流或電壓的問 題。也就是說，可分別在不同的電極上測(cè)量電流和電壓，從而可避免因未知電極阻抗而引起 的測(cè)量失真。 作為新的研究結(jié)果，現(xiàn)在可以運(yùn)用一種靈活饋電方法，即并非在固定饋電時(shí)求出 電壓比，而是可以結(jié)合針對(duì)不同電極模式所測(cè)定的電流和電壓值，以便推算出液面高度或 者其它參數(shù)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在第一個(gè)步驟中就能根據(jù)電壓和電流之比求得阻抗，因?yàn)樽杩?不隨饋入電流大小而變化。 然后就可以求得阻抗比值，因?yàn)樵摫戎挡浑S介質(zhì)的導(dǎo)電率而變化。但這里并不一 定僅僅涉及兩個(gè)測(cè)得的阻抗的簡(jiǎn)單比例，其它形式也能有較大的靈敏度，尤其當(dāng)使用兩個(gè) 以上的阻抗值時(shí)?？赏ㄟ^若干電極形成空間電極分布模式，這樣即可檢測(cè)立體空間，從而能 夠在立體空間實(shí)現(xiàn)若干可用的信號(hào)組合。這樣就能以明顯靈敏得多的方式檢測(cè)所述的參 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于這種類型的常規(guī)流量測(cè)量裝置(尤其是感應(yīng)式流量測(cè)量裝置) 在安裝過程中必須用水準(zhǔn)儀極其精確地對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。如果使用相應(yīng)分布在測(cè)量管的橫斷 面上的多個(gè)電極，就可以根據(jù)這些信號(hào)在空間上檢測(cè)所述的參數(shù)，從而可以檢測(cè)傾斜安裝 情況，尤其當(dāng)使用非對(duì)稱模式時(shí)。 這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在顯示界面上顯示傾斜安裝情況，或者可以在一定的 容差范圍內(nèi)以電子方式在測(cè)量信號(hào)中補(bǔ)償由于傾斜安裝而出現(xiàn)的誤差。這樣就能適當(dāng)改進(jìn) 流量測(cè)量裝置，從而最終明顯簡(jiǎn)化安裝。 按照另一種有益的實(shí)施方式所述，對(duì)電極適當(dāng)施加電壓，使得不必分別通過相同
的電極對(duì)進(jìn)行電壓測(cè)量和電流測(cè)量，這是一種無載測(cè)量方式，其中將這些測(cè)量值相比從而
求得阻抗，然后根據(jù)相應(yīng)的阻抗以及模式對(duì)比結(jié)果例如確定測(cè)量管內(nèi)的液面高度。
因此采用本發(fā)明也能夠確保可靠測(cè)定部分充滿的測(cè)量管內(nèi)的流量。按照另一種有
益的實(shí)施方式所述，除了模式對(duì)比方法以及所確定的測(cè)量值比值之外，還將相應(yīng)的液面高
度測(cè)定模式或者電極沉積模式或者傾斜安裝情況或者其它診斷保存在存儲(chǔ)單元中，以此為
基礎(chǔ)可以識(shí)別漸進(jìn)偏差或漂移，從而能夠提前顯示誤差。 按照另一種有益的實(shí)施方式所述，將八個(gè)電極布置在測(cè)量管的下部半圓周區(qū)域， 并且按照所述的方式對(duì)其施加電壓。這種布置可允許根據(jù)第一步驟中執(zhí)行的近似液面高度 測(cè)定或者通過最后一個(gè)測(cè)量值，在使用其它電極(對(duì))的情況下使用特定的測(cè)量模式。
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對(duì)于具有4個(gè)電極對(duì)的有益配置通過在電極對(duì)1和2上饋電的方式進(jìn)行測(cè)量，并 且在電極對(duì)3和4上進(jìn)行測(cè)量，然后通過在電極對(duì)1和3上饋電的方式進(jìn)行測(cè)量，并且在電 極對(duì)2和4上進(jìn)行測(cè)量，然后通過在電極對(duì)1和4上饋電的方式進(jìn)行測(cè)量，并且在電極對(duì)2、 3上進(jìn)行測(cè)量。以此類推繼續(xù)操作。 其中不必通過唯一一次測(cè)量逐個(gè)測(cè)定阻抗，而是可以利用位置重疊原理，通過疊 加單個(gè)測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)定。這種實(shí)施方式之所以有益，是因?yàn)榭梢栽谝粋€(gè)電極和一個(gè)共 用地線之間測(cè)量電流，而在兩個(gè)電極之間進(jìn)行測(cè)量時(shí)，則必須通過適當(dāng)?shù)碾娐穪碜柚闺娏?進(jìn)入地電極或者普通設(shè)備地線之中?？梢越柚纠龑?duì)此進(jìn)行解釋。


以下將借助一個(gè)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述。
如圖所示 圖1 :一種本發(fā)明所述裝置以及電極分布的透視圖。
圖2 :橫斷面圖以及所產(chǎn)生的信號(hào)。
圖3 :測(cè)量感應(yīng)阻抗。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為例如利用與液體接觸的四個(gè)電極測(cè)量液面高度的新測(cè)量原理。也可以 使用更多的電極，從而形成多種組合可能性，得出多個(gè)阻抗值。 但該原理在所有應(yīng)用情況下均一樣。若采用四個(gè)電極，就有六種可能性可用來在 兩個(gè)電極之間施加電流。在其余的無載電極上測(cè)量電壓或電壓差。這里所施加的信號(hào)是千 赫頻率范圍內(nèi)的交流信號(hào)。借助信號(hào)處理(即解調(diào))、濾波以及傅立葉分析，確定電極上的 電流和電壓振幅。 根據(jù)電壓和電流之比算出阻抗值。對(duì)不同的阻抗值進(jìn)行比較，也就是通過求出阻 抗值的比值或者阻抗值的其它關(guān)系，而推斷出管內(nèi)的液面高度。通過測(cè)量至少三個(gè)阻抗值 實(shí)現(xiàn)冗余測(cè)量，可利用該測(cè)量結(jié)果推斷出流量計(jì)中測(cè)量管的導(dǎo)電率偏差，例如懸浮物、所謂 沉淀物的沉積或者沉降引起的偏差。圖2示出了一個(gè)示例的橫斷面圖，可以直接在相對(duì)的 一側(cè)測(cè)定電壓。 圖3示出了根據(jù)液面高度測(cè)量感應(yīng)阻抗Rint = (U。ldri/ (IdlCT)。測(cè)量Ecl和Edr之
間的電壓，電流從電極dl流向電極cr等等。這表明了相對(duì)于液面高度的靈敏度。尤其在
液面高度的下部范圍內(nèi)測(cè)量高度靈敏。可以通過適當(dāng)?shù)膿Q算由此確定液位高度。通過形成
比值，例如商，得出與液體導(dǎo)電率之間的關(guān)系，因?yàn)樽杩古c液體導(dǎo)電率成正比。 然后可以例如通過校正曲線施加磁場(chǎng)，將流量測(cè)量裝置中的當(dāng)前液位與兩個(gè)或多
個(gè)電極上的感應(yīng)電壓測(cè)量值相結(jié)合，從而推斷出流速。 如果液位高度是已知的，相反也能確定介質(zhì)的導(dǎo)電率。也可將其用來診斷處理質(zhì) 量。最后也可以將這種測(cè)量與加載電極上的測(cè)量相結(jié)合，以便確定能直接表示電極沉積情 況的電極阻抗。這樣就能同時(shí)兼顧(即同時(shí)檢測(cè))上述與流量相關(guān)的各種不同的其它工作 參數(shù)。
權(quán)利要求
一種用于操作流量測(cè)量裝置、尤其是感應(yīng)式流量測(cè)量裝置的方法，其中介質(zhì)流過測(cè)量管，還設(shè)置有電極結(jié)構(gòu)，所述電極根據(jù)液位高度與介質(zhì)形成電連接，其特征在于，在測(cè)量管中總共有至少4個(gè)電極相對(duì)于測(cè)量管的橫斷面基本上布置在半圓周范圍內(nèi)，當(dāng)在其中一個(gè)電極或者一個(gè)電極對(duì)上饋入至少一個(gè)信號(hào)時(shí)，在一個(gè)電極上或者在一個(gè)電極對(duì)之間測(cè)量電流，同時(shí)在至少另一個(gè)電極對(duì)之間或者相對(duì)于共用的地線測(cè)量電壓，比較利用兩個(gè)不同的電極組合得到的測(cè)量結(jié)果，得出不同的電壓值和電流值之比，并且由此推斷出管內(nèi)的液面高度和/或電極沉積和/或傾斜安裝情況和/或管底部的沉淀和/或其它診斷可能性，和/或由此校正流速。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)電極施加電壓，從而不必分別在電極或 電極對(duì)上測(cè)量電壓，對(duì)這些電極或電極對(duì)施加電流，以執(zhí)行無載測(cè)量，其中求出用于確定阻 抗的值的比值，例如uar-br/ibl-ar，并由此確定相應(yīng)的阻抗值，根據(jù)該阻抗值按照上述方 式通過模型對(duì)比確定液位高度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在第一個(gè)步驟中分別根據(jù)電壓和電流 算出阻抗值，然后得出不同測(cè)量模式的阻抗值之比。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將針對(duì)特定液位高度求得的 測(cè)量值比值作為模式保存在存儲(chǔ)單元中，并通過將當(dāng)前測(cè)量值與這些所保存的歷史數(shù)據(jù)進(jìn) 行自動(dòng)比較，從而推斷出介質(zhì)的當(dāng)前液位高度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定兩個(gè)以上的測(cè)量值，并 通過數(shù)學(xué)優(yōu)化方法與保存在存儲(chǔ)單元中的測(cè)量值進(jìn)行比較，從而確定液位高度的最佳值。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，僅具有四個(gè)電極用于測(cè)定測(cè) 量值，并且這些電極分別成對(duì)相對(duì)地布置在圓周上，通過六個(gè)(三個(gè)互不相關(guān)的)測(cè)量結(jié)果 或者其中一部分測(cè)量結(jié)果確定電壓值和電流值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，具有四個(gè)以上的電極，并根據(jù)上一個(gè)近似 測(cè)定的液位高度值選擇測(cè)量模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將不同的測(cè)量結(jié)果/液位高度測(cè)定值相互 比較，通過這種冗余方式實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度和/或液位測(cè)量可靠性，并且/或者能夠在電極損壞 的情況下和/或當(dāng)電極與測(cè)量介質(zhì)之間沒有電連接時(shí)，也能測(cè)定液位高度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過測(cè)定感應(yīng)電壓或者電流的方式測(cè)定 其它過程參數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，利用這種新方案不僅能夠測(cè)定液 體的液位，而且也能識(shí)別管中的不均勻的導(dǎo)電率分布，從而能夠識(shí)別和確定管中的沉淀和/ 或其它沉積以及/或者多相流，例如水中的油。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，能夠封閉測(cè)量系統(tǒng)的涂層(導(dǎo)電或 絕緣)，以及同樣也可識(shí)別絕緣管子內(nèi)襯的誤差。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，檢測(cè)出由于例如沒有直線對(duì)齊、或者 流量計(jì)其它安裝位置錯(cuò)誤、或者流量計(jì)變化而引起的非對(duì)稱現(xiàn)象。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1或9或12所述的方法，其特征在于，采用新的阻抗測(cè)量技術(shù)校正流 量測(cè)量過程中的傾斜安裝位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，通過測(cè)定阻抗還測(cè)定了液體的導(dǎo)電率。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，分別通過一個(gè)電極相對(duì)于一個(gè)共用 地線依次饋入電流，和/或分別在一個(gè)電極上相對(duì)于地線測(cè)量電壓。
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，按照時(shí)分復(fù)用方式依次在電極 上測(cè)量電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于操作流量測(cè)量裝置、尤其是感應(yīng)式流量測(cè)量裝置的方法，其中介質(zhì)流過測(cè)量管，還設(shè)置有電極結(jié)構(gòu)，所述電極可根據(jù)液位高度與介質(zhì)形成電連接。為了簡(jiǎn)單、可靠地測(cè)定液位高度，本發(fā)明建議在測(cè)量管中總共有至少4個(gè)電極相對(duì)于測(cè)量管的橫斷面基本上布置在半圓周范圍內(nèi)，當(dāng)在其中一個(gè)電極或者一個(gè)電極對(duì)上饋入至少一個(gè)信號(hào)時(shí)，在一個(gè)電極上或者在一個(gè)電極對(duì)之間測(cè)量電流，同時(shí)在至少另一個(gè)電極對(duì)之間或者相對(duì)于地線測(cè)量電壓，然后通過比較利用兩個(gè)不同的電極組合得到的測(cè)量結(jié)果，得出不同的電壓值和電流值之比，并由此推斷出管內(nèi)的液面高度和/或電極沉積和/或傾斜安裝情況和/或管底部的沉淀和/或其它診斷可能性，和/或由此校正流速。
文檔編號(hào)G01F1/58GK101769770SQ200911000108
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者D·施拉格, H·格羅西, H-W·施維德斯基, K·亨肯 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)股份公司