專利名稱：用于操作流量測量裝置的方法
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量裝置、尤其是
感應(yīng)式流量測量裝置的方法，其中介質(zhì)流過測量管，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 原本的測量流量之外還能測定其它參數(shù)。從公開文獻(xiàn)DE 10 118 002中就可以找出一個示 例。這里還通過一個相應(yīng)的裝置將交流信號施加在其中至少一個電極上，并且在該電極上 測量阻抗，以便能夠據(jù)此對設(shè)備進(jìn)行診斷。這就意味著最終在同一個電極上測量所饋入的 信號以及隨后產(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量流速的磁性流量測量設(shè) 備。除了以測量速度的形式測量流量之外，還測定介質(zhì)的液面高度，并由此求出體積流量。 可以使用很多測量技術(shù)來測定液面高度。已知可使用一種分離式電容測量方法進(jìn)行測定。 與此不同的是，可以通過不均勻磁場測定液面高度。已知也可以在兩個電極之間饋入電流， 并形成另外兩個電極對上的電壓比，以此來測定液面高度。 實施這種方法的前提條件是至少六個電極或者三個電極對與介質(zhì)形成接觸。如果 因液面高度低而沒有形成接觸，當(dāng)在某一個電極對上同時饋入電流時，原則上也可求出兩 個電極對之間的電壓比。為了精密測量流量，且在必要時檢測干擾效應(yīng)，需要有很高的測量 裝置靈敏度。由于在這種已知的情況下是在相同電極上測量饋入信號以及饋出信號，會造 成電流或電壓測量出現(xiàn)錯誤。測量裝置將因此而喪失一部分測量靈敏度。
除了要求流量測量裝置能夠測量流量之外，有時還要能夠檢測僅僅與流量間接相 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量來確定液面高度，而且 也要能夠識別或校正可能使測量失真的其它參數(shù)。還要務(wù)必避免在某一個因為電流或電壓 測量錯誤而承受負(fù)載的電極上進(jìn)行測量，以便能夠完全執(zhí)行伴隨診斷。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于對所述類型的流量測量裝置進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，使得一方面用 較少數(shù)量的電極就能實現(xiàn)可靠的液面高度確定的目的、能夠更加精確地測定液面高度、能 夠明顯簡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附加的流參數(shù)或者 測量裝置的工作參數(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現(xiàn)上述 目的。 本發(fā)明所述方法的其它有益實施方式在從屬權(quán)利要求中給出。 本發(fā)明的核心方法在于在測量管中共有至少4個電極相對于測量管的橫斷面布置在半圓周范圍內(nèi)；當(dāng)在其中一個電極或者一個電極對上饋入至少一個信號時，在一個電 極上或者在一個電極對之間測量電流，而在至少另一個電極對之間或者相對于公共的地線 測量電壓，然后比較利用兩個不同的電極組合得到的測量結(jié)果，得出不同的電壓值和電流 值之比，并且由此推測管內(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/或電流施加在一個或多個電極上 而測量傳感單元內(nèi)部的電壓和/或電流，從而測定測量管內(nèi)部的導(dǎo)電率分布。在一個或多 個電極上測量電壓和/或電流是在相互之間進(jìn)行測量的，或者是相對于基準(zhǔn)或地進(jìn)行測量 的。原則上也可以通過磁場產(chǎn)生電場以及產(chǎn)生電壓和電流。 這里首先要使用很多電極，至少是四個。這樣就能有足夠的電極可供"交換"組合 用來檢測測量值的電極對。以這種方式可以防止出現(xiàn)開頭所述的錯誤測量電流或電壓的問 題。也就是說，可分別在不同的電極上測量電流和電壓，從而可避免因未知電極阻抗而引起 的測量失真。 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求出 電壓比，而是可以結(jié)合針對不同電極模式所測定的電流和電壓值，以便推算出液面高度或 者其它參數(shù)。實踐經(jīng)驗表明，在第一個步驟中就能根據(jù)電壓和電流之比求得阻抗，因為阻抗 不隨饋入電流大小而變化。 然后就可以求得阻抗比值，因為該比值不隨介質(zhì)的導(dǎo)電率而變化。但這里并不一 定僅僅涉及兩個測得的阻抗的簡單比例，其它形式也能有較大的靈敏度，尤其當(dāng)使用兩個 以上的阻抗值時?？赏ㄟ^若干電極形成空間電極分布模式，這樣即可檢測立體空間，從而能 夠在立體空間實現(xiàn)若干可用的信號組合。這樣就能以明顯靈敏得多的方式檢測所述的參 另一個優(yōu)點(diǎn)在于這種類型的常規(guī)流量測量裝置(尤其是感應(yīng)式流量測量裝置) 在安裝過程中必須用水準(zhǔn)儀極其精確地對其進(jìn)行校準(zhǔn)。如果使用相應(yīng)分布在測量管的橫斷 面上的多個電極，就可以根據(jù)這些信號在空間上檢測所述的參數(shù)，從而可以檢測傾斜安裝 情況，尤其當(dāng)使用非對稱模式時。 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)以電子方式在測量信號中補(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) 流量測量裝置，從而最終明顯簡化安裝。 按照另一種有益的實施方式所述，對電極適當(dāng)施加電壓，使得不必分別通過相同
的電極對進(jìn)行電壓測量和電流測量，這是一種無載測量方式，其中將這些測量值相比從而
求得阻抗，然后根據(jù)相應(yīng)的阻抗以及模式對比結(jié)果例如確定測量管內(nèi)的液面高度。
因此采用本發(fā)明也能夠確?？煽繙y定部分充滿的測量管內(nèi)的流量。按照另一種有
益的實施方式所述，除了模式對比方法以及所確定的測量值比值之外，還將相應(yīng)的液面高
度測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單元中，以此為
基礎(chǔ)可以識別漸進(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施方式所述，將八個電極布置在測量管的下部半圓周區(qū)域， 并且按照所述的方式對其施加電壓。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 測定或者通過最后一個測量值，在使用其它電極(對)的情況下使用特定的測量模式。
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對于具有4個電極對的有益配置通過在電極對1和2上饋電的方式進(jìn)行測量，并 且在電極對3和4上進(jìn)行測量，然后通過在電極對1和3上饋電的方式進(jìn)行測量，并且在電 極對2和4上進(jìn)行測量，然后通過在電極對1和4上饋電的方式進(jìn)行測量，并且在電極對2、 3上進(jìn)行測量。以此類推繼續(xù)操作。 其中不必通過唯一一次測量逐個測定阻抗，而是可以利用位置重疊原理，通過疊 加單個測量的方式進(jìn)行測定。這種實施方式之所以有益，是因為可以在一個電極和一個共 用地線之間測量電流，而在兩個電極之間進(jìn)行測量時，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Υ诉M(jìn)行解釋。


以下將借助一個實施例和附圖對本發(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。
圖3 :測量感應(yīng)阻抗。
具體實施例方式
圖1所示為例如利用與液體接觸的四個電極測量液面高度的新測量原理。也可以 使用更多的電極，從而形成多種組合可能性，得出多個阻抗值。 但該原理在所有應(yīng)用情況下均一樣。若采用四個電極，就有六種可能性可用來在 兩個電極之間施加電流。在其余的無載電極上測量電壓或電壓差。這里所施加的信號是千 赫頻率范圍內(nèi)的交流信號。借助信號處理(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。通過測量至少三個阻抗值 實現(xiàn)冗余測量，可利用該測量結(jié)果推斷出流量計中測量管的導(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示出了一個示例的橫斷面圖，可以直接在相對的 一側(cè)測定電壓。 圖3示出了根據(jù)液面高度測量感應(yīng)阻抗Rint = (U。ldri/ (IdlCT)。測量Ecl和Edr之
間的電壓，電流從電極dl流向電極cr等等。這表明了相對于液面高度的靈敏度。尤其在
液面高度的下部范圍內(nèi)測量高度靈敏?？梢酝ㄟ^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，因為阻抗與液體導(dǎo)電率成正比。 然后可以例如通過校正曲線施加磁場，將流量測量裝置中的當(dāng)前液位與兩個或多
個電極上的感應(yīng)電壓測量值相結(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量與加載電極上的測量相結(jié)合，以便確定能直接表示電極沉積情 況的電極阻抗。這樣就能同時兼顧(即同時檢測)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量裝置、尤其是感應(yīng)式流量測量裝置的方法，其中介質(zhì)流過測量管，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，在測量管中總共有至少4個電極相對于測量管的橫斷面基本上布置在半圓周范圍內(nèi)，當(dāng)在其中一個電極或者一個電極對上饋入至少一個信號時，在一個電極上或者在一個電極對之間測量電流，同時在至少另一個電極對之間或者相對于共用的地線測量電壓，比較利用兩個不同的電極組合得到的測量結(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，對電極施加電壓，從而不必分別在電極或 電極對上測量電壓，對這些電極或電極對施加電流，以執(zhí)行無載測量，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中任一項所述的方法，其特征在于，將針對特定液位高度求得的 測量值比值作為模式保存在存儲單元中，并通過將當(dāng)前測量值與這些所保存的歷史數(shù)據(jù)進(jìn) 行自動比較，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中任一項所述的方法，其特征在于，確定兩個以上的測量值，并 通過數(shù)學(xué)優(yōu)化方法與保存在存儲單元中的測量值進(jìn)行比較，從而確定液位高度的最佳值。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，僅具有四個電極用于測定測 量值，并且這些電極分別成對相對地布置在圓周上，通過六個(三個互不相關(guān)的)測量結(jié)果 或者其中一部分測量結(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，具有四個以上的電極，并根據(jù)上一個近似 測定的液位高度值選擇測量模式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將不同的測量結(jié)果/液位高度測定值相互 比較，通過這種冗余方式實現(xiàn)測量精度和/或液位測量可靠性，并且/或者能夠在電極損壞 的情況下和/或當(dāng)電極與測量介質(zhì)之間沒有電連接時，也能測定液位高度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過測定感應(yīng)電壓或者電流的方式測定 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定液 體的液位，而且也能識別管中的不均勻的導(dǎo)電率分布，從而能夠識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，能夠封閉測量系統(tǒng)的涂層(導(dǎo)電或 絕緣)，以及同樣也可識別絕緣管子內(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，檢測出由于例如沒有直線對齊、或者 流量計其它安裝位置錯誤、或者流量計變化而引起的非對稱現(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，采用新的阻抗測量技術(shù)校正流 量測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，通過測定阻抗還測定了液體的導(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，分別通過一個電極相對于一個共用 地線依次饋入電流，和/或分別在一個電極上相對于地線測量電壓。
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求1或9所述的方法，其特征在于，按照時分復(fù)用方式依次在電極 上測量電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于操作流量測量裝置、尤其是感應(yīng)式流量測量裝置的方法，其中介質(zhì)流過測量管，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。為了簡單、可靠地測定液位高度，本發(fā)明建議在測量管中總共有至少4個電極相對于測量管的橫斷面基本上布置在半圓周范圍內(nèi)，當(dāng)在其中一個電極或者一個電極對上饋入至少一個信號時，在一個電極上或者在一個電極對之間測量電流，同時在至少另一個電極對之間或者相對于地線測量電壓，然后通過比較利用兩個不同的電極組合得到的測量結(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G01F1/58GK101769770SQ200911000108
公開日2010年7月7日 申請日期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 申請人:Abb技術(shù)股份公司