專利名稱：在磁感應流量計中用于預知維護的方法和/或用于確定電導率的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于預知維護磁感應流量計的方法和/或一種用 于確定沿縱軸方向流經(jīng)磁感應流量計測量管的介質(zhì)的電導率的方法。 磁感應流量計包括以下部件
- 磁鐵系統(tǒng)，其產(chǎn)生基本垂直于測量管軸線貫穿測量管的磁場；
- 至少兩個與介質(zhì)耦合的測量電極，它們具有限定的靜止電位 并且設置在測量管的基本垂直于磁場的區(qū)域中；和
- 控制/分析單元，其基于在測量電極中感生的測量電壓提供有 關測量管中的介質(zhì)的體積或質(zhì)量流量的信息。
背景技術(shù)：
相應的磁感應流量計可以從申請人處得到且具有多種實施方式， 諸如以商標PROMAG銷售的產(chǎn)品。
DE 103 56 007 B3中公開了一種磁感應流量計，其提供附加的優(yōu) 點。為了實現(xiàn)這個附加的優(yōu)點，在測量電極和參考電極或物位監(jiān)控電 極之間施加電流。這里，測量電極之間存在的電壓被測量，并且從測 量電壓與施加的電流之比確定第一電阻值。然后，將第一測量電極替 換為第二測量電極并且重復上述方法步驟，從而獲得第二電阻值。通 過形成兩個確定的電阻值之間的差或商，當形成的比例或形成的差位 于預定的值域之外時，斷定兩個測量電極之一臨界覆蓋。這種流量計 的缺點是，通過施加電流，每一測量電極都偏離靜止電位，即，靜止 電位漂移。為了之后能夠執(zhí)行正確的流量測量，必須等待，直到再次 達到平衡狀態(tài)。由于可用的測量時間較少，所以流量計的測量精度降 低。EP 0 336 615 Bl公開了一種磁感應流量計，其允許同時確定經(jīng)過 流量計測量管的介質(zhì)的流量以及介質(zhì)的電導率。該流量計包括在"技 術(shù)領域"部分中提到的部件。除了已知的流量計之外，這一歐洲專利 公開文獻記載的技術(shù)方案包括用于從輸出信號產(chǎn)生代表介質(zhì)電導率的 電導率信號的裝置，其中所述輸出信號是同樣作為流量測量信號而從
兩個測量電極產(chǎn)生的。為此，除了用于磁鐵系統(tǒng)的交變的矩形激勵信 號之外，還提供了一個裝置用于產(chǎn)生通過相應的控制而在激勵信號的 每一半周期開始時施加于磁鐵系統(tǒng)的電子脈沖。
US 6,804,613公開了一種電磁流量計，其除了能夠確定有關流量 的信息之外，還可以確定關于空管檢測、粘附于測量電極的沉淀或者 流經(jīng)測量管的介質(zhì)的電導率的信息。為此，在兩個測量電極之一以及 接地電極之間施加診斷信號。相應的診斷信號發(fā)生器或者是恒流源或 者是恒壓源，其中診斷信號發(fā)生器使用交變信號，該交變信號的頻率 是在磁鐵系統(tǒng)的激勵電路中使用的激勵頻率的整數(shù)倍。另外，提供診 斷電路，其將磁鐵系統(tǒng)的激勵頻率與診斷信號的頻率同步。特別地， 通過測量測量電極的電阻或者通過測量在測量電極和接地電極之間的 電阻，確定介質(zhì)的電導率或者在測量電極上的沉淀形成。-
已知方法的缺點是，這里假設液體的測量電阻與介質(zhì)的電導率具 有唯一的關系。在較高電導率的范圍中，電導率測量單元的測量范圍 由于從測量電極到液體的相變而受到限制。相變的阻抗僅僅在理想情 況中才是純電容性的；在實際情況中，相變的阻抗也具有歐姆部分。 如果這個部分與介質(zhì)的歐姆阻抗相比不再是可忽略的，那么介質(zhì)的測 量電導率包含誤差。結(jié)果，電導率測量單元的測量范圍具有上限。
為了消除這個弊端，EP 0 990 984 Bl公開了一種改進的用于確定 液體介質(zhì)電導率的測量單元。特別地，液體介質(zhì)是用于pH電極的標定 溶液。這里，在交變電壓的至少兩個頻率值確定延伸進入液體的測量單元的阻抗。從確定的阻抗值，基于等效電路確定與頻率無關的參數(shù) 以及電阻值，由此確定電導率。等效電路由電容器和歐姆電阻及電子 元件的并聯(lián)連接構(gòu)成，其中電容器代表測量單元的電容，歐姆電阻代 表測量單元內(nèi)部的液體的期望電阻，電子元件與歐姆電阻串聯(lián)連接且 具有與頻率無關的相位的電子元件。在這至少兩個頻率值中的每一個
的情況中，確定測量單元的阻抗的實部和虛部。然后，從確定的值計 算與頻率無關的參數(shù)和期望電阻。于是，完成了電導率的計算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種流量計，它除了提供流量測量值之外， 還提供有關介質(zhì)電導率或者測量電極處的物理變化的信息。
這個目的通過以下特征實現(xiàn) 一個具有第一頻率的第一激勵信號 以及至少一個具有第二頻率的第二激勵信號，或者一個包含至少兩個 頻率的激勵信號被施加于測量電極，使得激勵信號的平均值至少大致 與測量電極的電極電位的平均值一致；并且基于至少一個在測量電極 和參考電位(接地電極、接地環(huán)等)之間測量的阻抗值，識別介質(zhì)的 電導率和/或在測量電極上的變化。測量電極上的變化可能或者由于形 成沉淀或者由于腐蝕而引起。
優(yōu)選地，具有第一頻率的第一脈沖序列以及具有第二頻率的第二 脈沖序列被用作激勵信號。兩個脈沖序列優(yōu)選地在兩個順序的測量周 期中被施加于測量電極，這里優(yōu)選地是，與磁場的切換同步或異步。 當然，其中施加脈沖序列的兩個測量周期既不必彼此緊隨也不必如已 經(jīng)介紹的那樣與磁場的切換同步。而是，脈沖序列既可以與磁場的切 換同步地施加于測量電極，也可以與磁場的切換異步地施加于測量電 極。脈沖序列例如是由矩形脈沖構(gòu)成的序列。然而，本發(fā)明也可以使 用其他類型的脈沖序列，例如正弦波脈沖。
在該方法的另一實施例中，使用具有大量頻率的偽噪聲即頻譜作為激勵信號。相應的激勵信號也被稱為數(shù)字白噪聲。反過來，單個的 脈沖優(yōu)選地具有矩形形狀。其他的測試或激勵信號是多頻信號，其可 以最優(yōu)地匹配特定的測量問題。
為了提高測量精度，具有優(yōu)點的是作為激勵信號使用這樣的一種 信號，其中在從時域轉(zhuǎn)變到頻域之后邊頻帶強烈衰減。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個具有優(yōu)點的實施例，采取以下步驟
-以預定的時間間隔，中斷流量測量并且保存或凍結(jié)最后測量的
-在流量測量的第一次中斷時，將具有第一頻率的第一激勵信號 施加于測量電極，并且在流量測量的第二次中斷時，將具有第二頻率 的第二激勵信號施加于測量電極；
-基于至少一個確定的阻抗值，確定電導率，或者識別在測量電 極上是否發(fā)生了變化。
特別地，依賴于介質(zhì)確定在確定阻抗值時的脈沖序列或者至少兩 個具有不同頻率的脈沖序列的最優(yōu)頻率和/或最優(yōu)幅度值。優(yōu)選地，施
加于測量電極的信號的頻率在10Hz至10kHz之間。在一個實施例中，
例如選擇四個頻率60Hz、 110Hz、 440Hz禾P 1.1 kHz。在選擇頻率時，
特別應當注意它們不與磁場的工頻或者切換頻率一致。為了確定電導
率而選擇的頻率越多，阻抗的絕對值譜和相位譜越精確，并且因而可
以確定電導率。
在最簡單的情況中，為了確定電導率僅僅利用阻抗值的實部也就 是絕對值。為此，連續(xù)地將至少兩個具有不同頻率的脈沖序列施加于 測量電極。如果阻抗值的絕對值在公差限度內(nèi)相等，那么認為在阻抗 值的絕對值大致恒定且因而與電導率存在函數(shù)關系的范圍中實現(xiàn)了測 量。于是，可以作出關于介質(zhì)電導率的可靠論斷。作為替代，脈沖序列的頻率連續(xù)改變。除了絕對值之外，還可以 確定阻抗值的相位值。在阻抗的相移最小時的頻率處，利用阻抗的相 應絕對值來確定電導率。當然，另一種選擇是確定在整個頻譜上的阻 抗值以及由此高度精確地確定電導率以及測量電極上的變化。
于是，在本發(fā)明的方法的一個具有優(yōu)點的實施例中，在至少兩個 頻率處，確定幅度值或幅度譜或者說阻抗值的實部以及相位值或相位 譜或者說相應阻抗值的虛部，并且基于實部和虛部確定獨立于頻率的
參數(shù)，特別是介質(zhì)的n、 Q和電阻或電導率。原理上，正如EP0 9卯894 中所公開的，為此在不同的頻率進行兩次測量就足夠。執(zhí)行的測量越 多，確定電導率時的測量誤差越小。
這里優(yōu)選的是將等效電路圖應用于每一確定的阻抗值，其中等 效電路圖是由電容器與歐姆電阻以及與歐姆電阻串聯(lián)連接的電子元件 Z的并聯(lián)連接形成的，其中電容器代表測量電極的電容，歐姆電阻代表 在測量電極的電位和參考電位之間介質(zhì)的期望電阻，電子元件Z具有
獨立于頻率的相位的，其中元件Z由以下阻抗表達
z =^_
其中n和Q是兩個獨立于頻率的參數(shù)。
另外，在本發(fā)明的方法的一個具有優(yōu)點的實施例中，以預定的時 間間隔，將獨立于頻率的參數(shù)Q的實際值與在流量計的預定起始點確 定的Q的期望值比較，并且當Q的實際值與期望值之間的偏差超過預 定的容差范圍時，以信號表示測量電極的表面發(fā)生變化。變化或者可 能由于測量電極上形成了沉淀，或者可能由于測量電極上的腐蝕。
正如已經(jīng)敘述的，進一步，脈沖序列的頻率連續(xù)改變，直至確定 的阻抗值的相位值(虛部)達到最小值；以及在相位值最小時的脈沖序列的頻率處，利用阻抗值的相關聯(lián)的幅度值(實部)來確定介質(zhì)的 電阻或電導率。優(yōu)選地，與流量測量值同時地提供用于過程監(jiān)控的介 質(zhì)電導率值。特別地，在每一測量周期提供流量測量值，而以較大的 約為1 ms的間隔提供電導率值。可以以更大的間隔進行傳感器診斷， 特別是監(jiān)控測量電極上的變化。這里，有意義的是測量完整的頻譜， 這樣的步驟相應地相當耗時。由于測量電極上的變化在較長的時間期 間發(fā)生，所以可以為此應用時間密集的幅度和/或相位譜分析。通過比 較歷史數(shù)據(jù)，可以檢測到在測量電極上的沉淀形成或腐蝕。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細解釋本發(fā)明，附圖中
圖1是磁感應流量計的示意圖，其中實施了本發(fā)明的方法； 圖2是具有兩個平行的測量電極的測量布置的示意圖； 圖3顯示了在測量電解質(zhì)溶液的電導率時直流電流i與端電壓￡, 的函數(shù)關系；
圖4示意性顯示了電氣雙層；
圖5示意性顯示了在利用磁感應流量計進行測量的情況中，在測 量電極和接地電極之間的電力線；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法用于確定電導率以及測量電極上的物理 變化的等效電路圖7a是對于不同的介質(zhì)電導率，阻抗的絕對值與頻率的圖表關系；
圖7b是對于不同的介質(zhì)電導率，阻抗的相位與頻率的圖表關系；
圖8顯示了用于執(zhí)行本發(fā)明的方法的優(yōu)選電路；
圖9顯示了疊加于磁場的切換頻率之上且具有頻率fl的激勵信
號；
圖IO顯示了施加于測量電極的激勵信號；和 圖11是分壓器的電路圖。
具體實施例方式
圖1顯示了本發(fā)明的裝置1的一個實施例的示意圖。介質(zhì)11沿測量管軸線3的方向流經(jīng)測量管2。介質(zhì)ll至少略微導電。
測量管2在其內(nèi)表面上內(nèi)襯有襯里18;襯里18由絕緣材料制成，
該絕緣材料可以是高度化學穩(wěn)定和/或機械穩(wěn)定的。
垂直于介質(zhì)11流動方向的磁場B由磁鐵系統(tǒng)產(chǎn)生，該磁鐵系統(tǒng)例 如是兩個在直徑上相對設置的線圈布置6、 7或者是兩個電磁鐵。在磁 場B的影響下，位于介質(zhì)11中的載流子依賴于極性而遷移至兩個極性 相對的測量電極4、 5。在測量電極4、 5上產(chǎn)生的測量電壓與在測量管 2的截面上平均的介質(zhì)11流速成正比，即，是測量管2中的介質(zhì)11的 體積流量的量度。另外，測量管2經(jīng)由連接件(例如，圖3中所見的 法蘭)與未顯示的管道系統(tǒng)相連，介質(zhì)ll流經(jīng)該管道系統(tǒng)。
在所示的情況中，兩個測量電極4、 5是直接接觸介質(zhì)11的按鈕 狀測量電極。當然，本發(fā)明也可以使用棒狀電極或所有其他已知類型 的測量電極。
測量電極4、 5經(jīng)由連接線12、 13與控制/分析單元8相連。通過 連接線14、 15實現(xiàn)線圈布置6、 7和控制/分析單元8之間的連接?？?制/分析單元8經(jīng)由連接線16與輸入/輸出單元9相連。為控制/分析單 元8分配存儲單元10。
根據(jù)本發(fā)明，利用已知的磁感應流量計確定電導率義。基本上， 為了提供在測量電導G和均勻介質(zhì)的電導率《之間的關系，必須知道 相關的測量系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)。測量系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)通常可以通過恒定 的數(shù)字值而描繪，該數(shù)字值被稱為單元常數(shù)k。
對于兩個平板電極的塊狀布置(如圖2所示)，可以如下確定電 導率P其中，
Z :電導率，單位為S/cm;
G、 R:測量電導，單位為S;電阻，單位為ohm; k:單元常數(shù)，單位為I/CHI; A:電極的面積，單位為cw2; L:兩個電極的距離。
在其他幾何結(jié)構(gòu)的情況中，特別是在磁感應流量計中存在的幾何 結(jié)構(gòu)的情況中，或者通過仿真電力線，或者通過利用具有已知電導率 的標定溶液進行測量，來確定單元常數(shù)k。圖5示意性顯示了在利用磁 感應流量計1進行測量的情況中，位于測量電極4、 5和接地電極19
之間的電力線。
這種情況中的問題是，電解質(zhì)溶液的電導率z測量不能利用直流 電壓進行，因為相關的直流電流將導致測量電極上的離子放電，這會
引起化學反應。要發(fā)生這個反應，需要特定的最小電壓Ez，關于這一 點，參見圖3。這個最小電壓Ez依賴于不同的變量，例如介質(zhì)和溫度。 由于這個非線性特性，不可能利用直流電壓執(zhí)行測量。
可以基于在介質(zhì)和電解質(zhì)之間形成且具有電容特性的電氣雙層而 解釋這個效果。這在圖4中示意性示出。如果不使用直流電壓，而是 使用具有合適頻率和幅度(<=100mV)的交變電壓，那么可以保持雙 層電容的阻抗與介質(zhì)11的歐姆電阻相比較小。
電氣雙層并不具有理想電容的電氣特性，而是可以大致以在電化 學中稱為恒定相位元件CPE的電路元件來描述。
CPE的復阻抗Z可以表示為 ，2W.'')"其中獨立于頻率的參數(shù)n小于1。在理想電容的情況中，n等于1。 第二個獨立于頻率的參數(shù)Q具有物理單位farad (法拉)。對于不等于 l的n，沒有物理單位配屬于參數(shù)Q。 CPE用作對于實驗檢測的幅頻特 性的純描述性元件。
圖6顯示了用于利用磁感應流量計測量電導率的等效電路圖。假 定CPE為雙層電容Cu。
利用等效電路圖，確定電導率以及根據(jù)需要還可能確定其他變量。 這個其他變量例如是接觸介質(zhì)11的測量電極4、 5上的變化。這個變 化可能由形成沉淀而引起，或者由在測量電極4、 5的表面上的腐蝕而引起。
等效電路圖由具有兩條支路的并聯(lián)連接構(gòu)成，其中一條支路由具
有寄生電容C,的電容器形成。另一支路由電阻i^和依賴于頻率的部件
CPE的串聯(lián)連接構(gòu)成。電阻/^代表介質(zhì)11的歐姆電阻。部件CPE代 表或仿真在測量電極4、 5和介質(zhì)11之間的相變處發(fā)生的過程。
于是，模型的計算公式為:
<formula>formula see original document page 13</formula>
圖7a和7b中繪出了對于不同電導率，絕對值和相位隨頻率的變 化。對于參數(shù)提供以下對于磁感應流量計典型的值
CS=200/ F; ^ = 8^ — 6; " = 0.8; A: = l/cw圖7a中示出的絕對值與頻率的關系顯示了顯著的平穩(wěn)段，其基本 上是通過介質(zhì)電阻rm而確定的。這個平穩(wěn)段與最小相移相關。
為了確定電導率，可用不同方法
- 于是相位最小值可以用作對于激勵信號的合適頻率f的唯一 準則。
- 如果不可得到相位信息，那么可以應用搜索方法找到并選擇 一個頻率厶，在該頻率附近阻抗的絕對值幾乎不改變。
- 為了高度精確地確定電導率，需要完全識別圖6的模型。為
此，需要在不同頻率/;、 /2的至少兩次復阻抗測量(每一測量提供兩個
獨立的變量)，因為總共必須確定四個獨立的參數(shù)Q、 n、 Cs、 RM。 可以為了診斷而分析參數(shù)Q、 n和Cs，因為它們反映了測量電極到電 解質(zhì)的過渡系統(tǒng)的狀態(tài)、測量電極的連接電纜等。計算導致非線性方 程組，它可以利用已知的數(shù)值方法求解。
圖7a、 7b顯示，為了確定較高的電導率，需要較高的頻率。在已 知的電導率測量儀表的情況中，單元常數(shù)k簡單地匹配相關測量范圍。 在磁感應流量計的情況中，這是不可能的，因為單元常數(shù)k是利用流 量計1固定地預定的。然而，正如己經(jīng)提到的，電導率的確定可以通 過識別模型而實現(xiàn)。關于這一點，也無需將激勵信號的測試頻率偏移 到相位最小值的范圍中。
另外，可以在圖7a和7b的圖表中看出，在較高電導率的范圍中， 測量不再受到寄生電容c,影響。于是，模型可以簡化為由Rm和CPE 構(gòu)成的串聯(lián)連接。于是，阻抗的公式變?yōu)?br> z =-^-+ &
另外，值0.8可以用作對于參數(shù)n的良好近似，因為這個值很好 地反映了基于實驗確定的值。然而，這里必須注意，只有當測量電極4、200880009288. 1 好地適合。
如果隨后在頻率f測量復阻抗，那么可以通過求解線性方程組而
碗定參數(shù)Q和Rm。
根據(jù)本發(fā)明，在磁感應流量計1的情況中，例如在可從本申請人 處得到的Promag55儀表的情況中，電導率測量是與流量測量交替執(zhí)行 的。這里，電導率測量應當使用盡可能短的時間長度，以使得流量測 量盡可能少地受到干擾。用作測試或激勵信號的是具有合適頻率和幅 度的短脈沖序列。
圖8顯示了本發(fā)明的方法的一個具有優(yōu)點的實施例。這里，阻抗Z 是要被確定的變量。這個實施例中，Rx是技術(shù)上必需的電阻，用于滿 足磁感應流量計1能夠用于有爆炸危險的區(qū)域中的需求。這個電阻與 實際測量對象Z串聯(lián)。
為了執(zhí)行電導率測量，通過脈沖發(fā)生器23生產(chǎn)矩形脈沖，并且矩 形脈沖無偏移地疊加至電極電位。用于確定流量的實際測量電極信號 在測量期間被利用A/D轉(zhuǎn)換器21而連續(xù)檢測。
圖9示意性顯示了圖8的時序圖。激勵或測試信號僅僅在較短的 片段2期間施加于測量電極4、 5。
優(yōu)選地，測量被分為三個片段
1. 在片段l，測量電極電位并且形成電極電位的當前平均值。
2. 在片段2，開關22閉合并且脈沖發(fā)生器23產(chǎn)生具有預定頻率 f的矩形脈沖序列。脈沖的發(fā)生可以與磁場B的切換同步或異步地進行。
在所示情況中是同步的。激勵信號的偏置電壓被設置為等于在片段1 中計算的平均值。以這種方式，電極電位幾乎不由于疊加的激勵信號
而離開平衡位置。3.在片段3，開關22打開并且分析利用A/D轉(zhuǎn)換器21檢測的數(shù)據(jù)。
根據(jù)以下方法分析在片段2中A/D轉(zhuǎn)換器21的數(shù)據(jù) 1.數(shù)據(jù)塊被乘以經(jīng)正弦及余弦調(diào)制的FIR濾波函數(shù)。在最簡單 的情況中，F(xiàn)IR濾波函數(shù)可以是矩形窗口，其對應于一個全l矢量。通 過FIR濾波函數(shù)，可以控制經(jīng)分析的信號的帶寬。在Promag55的情況 中，由于電路技術(shù)上的約束，脈沖發(fā)生器和A/D轉(zhuǎn)換器不被利用同一 時鐘而同步觸發(fā)。于是，實際的發(fā)送頻率和實際的測量頻率彼此略有 偏移。當分析方法在頻率范圍中太挑剔時，分析中產(chǎn)生誤差。
以這種方式，獲得以下對于阻抗的實部和虛部的等式
Im(Z/')=》,洲 cos(2;r )-F/単)
其中厶脈沖頻率；
/7.: A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率； Re(/Z,):復變量H的實部； Im(Z/,):復變量H的虛部； ^g(":片段2中的測量信號；
W:以采樣點的數(shù)目表示的塊長；
禾口
F/i (" = 0.54-0.46'cos(;r.(2'(A:-1) + l)/A0是所謂的Hamming濾波器。
2.將復變量/Z,除以脈沖幅度^和另一個依賴于頻率且描述測量 電極的傳遞特性的復變量//￡ 。
阻抗Z、 Rx和Rv形成分壓器，如圖11所示。求解Z，于是得到:
l-v
其中v = //2。
4.在測量精度的限度之內(nèi)，可以根據(jù)以下公式從復阻抗的絕對
值計算介質(zhì)11的電導率K。
A;
6.從計算的結(jié)果，計算出對于矩形脈沖群的參數(shù)，用于下一測
為此，利用以下步驟。
1. 方法自身限于較小數(shù)目的測試頻率(例如，5個頻率，fp……， f5)。方法以平均頻率和平均幅度開始。
2. 在這個頻率，得到對于介質(zhì)電阻RM的第一值。
3. 基于由頻率fi和對于RM的間隔邊界構(gòu)成的表，獲得新的測試 頻率fn。
這里，對于假設的模型，表粗略地映射了絕對值與頻率的關系。 利用良好選擇的間隔邊界，方法總是收斂到激勵信號的合適頻率。
4. 通過分壓器公式計算在阻抗Z上期望的脈沖幅度，并且調(diào)整 激勵信號的幅度，使得在阻抗Z上有最大值100mV。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，為了確定介質(zhì)11的電導率K，或者僅利用 幅度譜，或者利用幅度譜和相位譜。如果已知幅度譜和/或相位譜的分 布，那么由于函數(shù)關系所以可以唯一地確定介質(zhì)11的電導率k。介質(zhì) 11的不同電導率K基本上顯示出在圖3的絕對值譜沿y軸方向的平行 移位。如果已知在哪一頻率范圍內(nèi)絕對值譜是恒定的，那么可以高度
精確地確定電導率K。當附加地還利用了相位譜時，電導率K的確定更為精確。這種情 況中，在相位值最小時的幅度值來確定電導率K。
電導率K的確定基本上與經(jīng)過測量管2的介質(zhì)11的流量的確定同 時進行。
除了確定電導率K之外，本發(fā)明的方法還可以用于檢測在測量電 極4、 5上的物理變化。為此，以預定的時間間隔，將獨立于頻率的參
數(shù)Q的實際值與在流量計1的預定起始時刻確定的Q的期望值相比較。 為了盡可能精確地模擬圖7a和7b所示的曲線并從而精確確定Q，在不 同頻率確定盡可能多的阻抗值。由于在測量電極4、 5上的腐蝕或沉淀 形成通常不是突然發(fā)生，而是緩慢發(fā)生，所以足以以相對較長的時間 間隔提供關于"預知維護"的信息。
如果在確定實際Q值中發(fā)生了偏離期望值并且這個偏離在預定的 公差之外，那么這可以被解讀為在測量電極4、 5的表面上發(fā)生不可容 許的變化。正如已經(jīng)介紹的，變化可能是由在測量電極4、 5上的沉淀 形成而引起的；然而，它也可能涉及在測量電極4、 5的表面上由于腐 蝕而引起的變化。檢測到的變化被以信號通知給操作人員。如果超過 了預定的公差范圍，那么觸發(fā)警報，因為不再能夠保證流量計1的可 用性。以這種方式，本發(fā)明的方法除了提供流經(jīng)流量計1的介質(zhì)的電 導率的附加信息之外，還提供屬于預知維護范疇中的信息。附圖標記列表
1 磁感應流量計
2 測量管
3 測量管軸線
4 第一測量電極
5 第二測量電極
6 線圈系統(tǒng)/電磁鐵
7 線圈系統(tǒng)/電磁鐵
8 控制/分析單元
9 輸入/輸出單元 10存儲單元
11介質(zhì)
12連接線
13連接線
14連接線
15連接線
16連接線
17底漆，或增粘劑
18襯里
19接地電極
20放大器
21 A/D轉(zhuǎn)換器
22開關
23脈沖發(fā)生器
權(quán)利要求
1.用于預知維護磁感應流量計的方法和/或用于確定流經(jīng)磁感應流量計的介質(zhì)的電導率的方法，其中磁感應流量計包括以下部件磁鐵系統(tǒng)，其產(chǎn)生基本垂直于測量管軸線貫穿測量管的磁場；至少兩個與介質(zhì)耦合的測量電極，它們具有限定的靜止電位并且設置在測量管的基本垂直于磁場的區(qū)域中；和控制/分析單元，其基于在測量電極中感生的測量電壓提供有關測量管中的介質(zhì)的體積或質(zhì)量流量的信息；其特征在于，向所述測量電極(4；5)施加一個具有第一頻率(f1)的第一激勵信號以及至少一個具有第二頻率(f2)的第二激勵信號，或者施加一個包含至少兩個頻率(f1，f2)的激勵信號，使得所述激勵信號的平均值至少大致與所述測量電極(4；5)的電極電位的平均值一致，以及基于至少一個在測量電極(4；5)和參考電位之間測量的阻抗值，檢測所述介質(zhì)(11)的電導率(x)和/或在所述測量電極(4；5)的表面上的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的方法，其中，具有第一頻率(y;)的第一脈沖序列以及具有第二頻率(/2)的第二脈沖序列被用作激勵信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，具有大量頻率(/ ， /2 ，……)的偽噪聲被用作激勵信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，作為激勵信號使用一種信號，這種信號在從時域轉(zhuǎn)變到頻域之后邊頻帶強烈衰減。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，以預定的時間間隔中斷流量測量，并且保存或凍結(jié)最后測量的流量測量值；以及在流量測量的第一次中斷時，將具有第一頻率(y;)的第一激勵信號施加于測量電極(4; 5)，并且在流量測量的第二次中斷時，將 至少一個具有第二頻率(/2 )的第二激勵信號施加于測量電極(4; 5)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，依賴于介質(zhì)確定在確定至 少一個阻抗值時的脈沖序列的最優(yōu)頻率(乂， /2,……)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，如果在至少兩個具有不同頻率的彼此連續(xù)的脈沖序列的情況中，阻抗值在預定的公差限度內(nèi)相 等，那么基于確定的阻抗值確定介質(zhì)(11)的電導率。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，在至少兩個頻率(/， /2)處，確定幅度值(或幅度譜)或者說阻抗值的實部以及相位值(或相位譜)或者說相應阻抗值的虛部；以 及基于所述實部和虛部，確定獨立于頻率的參數(shù)(n、 Q)和介質(zhì)的 電阻(RM)或電導率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，將等效電路圖應用于確定 的阻抗值，其中等效電路圖是由電容器(C)與歐姆電阻(RM)以及 與該歐姆電阻(RM)串聯(lián)連接的電子元件(CPE)的并聯(lián)連接形成的， 其中所述電容器代表測量電極(4; 5)的電容，所述歐姆電阻代表在 測量電極(4; 5)的電位和參考電位之間介質(zhì)(11)的期望電阻(RM)， 所述電子元件具有獨立于頻率的相位，其中元件(CPE)由以下阻抗表達<formula>formula see original document page 3</formula>其中n和Q表示兩個獨立于頻率的參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，以預定的時間間隔，將獨立于頻率的參數(shù)的實際值(0w)與在流 量計(1)的預定起始點確定的期望值(込。,,)比較；以及當實際值(込.,)與期望值(a" )之間的偏差超過預定的容差范圍時，以信號表示測量電極(4; 5)的表面發(fā)生變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，脈沖序列的頻率(f)連續(xù)改變，直至確定的阻抗值的相位值達到最小值；以及在相位值最小時的脈沖序列的頻率處，利用阻抗值的相關聯(lián)的幅 度值來確定介質(zhì)(11)的電阻(RM)或電導率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，與流量同時地提供介質(zhì) (11)的電導率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于預知維護磁感應流量計的方法和/或一種用于確定流經(jīng)磁感應流量計的介質(zhì)的電導率的方法，其中磁感應流量計包括以下部件磁鐵系統(tǒng)，其產(chǎn)生基本垂直于測量管軸線貫穿測量管的磁場；至少兩個與介質(zhì)耦合的測量電極，它們具有限定的靜止電位并且設置在測量管的基本垂直于磁場的區(qū)域中；和控制/分析單元，其基于在測量電極中感生的測量電壓提供有關測量管中的介質(zhì)的體積或質(zhì)量流量的信息。一個具有第一頻率(f₁)的第一激勵信號以及至少一個具有第二頻率(f₂)的第二激勵信號，或者一個包含至少兩個頻率(f₁，f₂)的激勵信號被施加于測量電極(4；5)，使得激勵信號的平均值至少大致與測量電極(4；5)的靜止電位一致?；谥辽僖粋€在測量電極(4；5)和參考電位之間測量的阻抗值，檢測介質(zhì)(11)的電導率和/或在測量電極(4；5)的表面上的變化。
文檔編號G01F1/58GK101652638SQ200880009288
公開日2010年2月17日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者弗蘭克·施馬爾茨里德, 沃爾夫?qū)さ吕漳? 海因茨·普呂弗 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司