磁感應(yīng)流量計(jì)和用于運(yùn)行磁感應(yīng)流量計(jì)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁感應(yīng)的流量計(jì)，具有至少一個(gè)測(cè)量管，以便導(dǎo)電介質(zhì)通過；具有磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，以便產(chǎn)生至少也垂直于所述測(cè)量管的縱向軸延伸的交變磁場(chǎng)，具有至少兩個(gè)-尤其是接觸所述介質(zhì)的-測(cè)量電極；并且具有分析電路，其中，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置具有至少一個(gè)磁場(chǎng)線圈、優(yōu)選具有電流調(diào)節(jié)器、優(yōu)選具有轉(zhuǎn)換橋以及優(yōu)選具有微控制器。本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行磁感應(yīng)流量計(jì)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由DE 199 07 864 A1已知一種上述類型的磁感應(yīng)流量計(jì)。在這種已知的磁感應(yīng)流量計(jì)中，磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置可具有一個(gè)磁場(chǎng)線圈或兩個(gè)磁場(chǎng)線圈。對(duì)此的原因是，之前已經(jīng)闡述，磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置具有至少一個(gè)磁場(chǎng)線圈。在已知的磁感應(yīng)流量計(jì)中，磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置也具有電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)換橋和微控制器。但因?yàn)闊o論是電流調(diào)節(jié)器、還是轉(zhuǎn)換橋、還是微控制器均不是功能必需的，所以上面還進(jìn)一步闡述，磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置優(yōu)選具有電流調(diào)節(jié)器，優(yōu)選具有轉(zhuǎn)換橋，以及優(yōu)選具有微控制器。
[0003]磁感應(yīng)流量計(jì)這幾十年來在現(xiàn)有技術(shù)中廣為人知。對(duì)此，示例性地參照Prof.Dr.-1ng.K.ff.Bonfig 的《Technische Durchflussmessung (技術(shù)流量測(cè)量)》第3版，Vulkan出版社，Essen，2002 年，123 至 167 頁，以及Dipl.-1ng.Friedrich Hoffmann 的《GrundlagenMagnetisch-1nduktive Durchflussmessung (磁感應(yīng)流量測(cè)量基礎(chǔ))》第 3 版，2003，KR0HNEMesstechnik GmbH & C0.KG 公司的文獻(xiàn)。
[0004]用于測(cè)量流動(dòng)介質(zhì)的流量的磁感應(yīng)流量計(jì)的基本原理援引Michael Faraday，其在1832年已經(jīng)提出，應(yīng)用電磁感應(yīng)原理來測(cè)量可導(dǎo)電介質(zhì)的流速。
[0005]根據(jù)Faraday感應(yīng)定律，在被磁場(chǎng)貫穿的、流動(dòng)的、可導(dǎo)電的介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生垂直于該介質(zhì)的流動(dòng)方向并且垂直于該磁場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度。Faraday感應(yīng)定律在磁感應(yīng)流量計(jì)中通過以下方式得以充分利用，即:借助具有至少一個(gè)磁場(chǎng)線圈、通常是兩個(gè)磁場(chǎng)線圈的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生在測(cè)量過程期間時(shí)間上變化的磁場(chǎng)，并且所述磁場(chǎng)至少部分地通過流經(jīng)測(cè)量管的、可導(dǎo)電的介質(zhì)。在此，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)具有至少一個(gè)垂直于所述測(cè)量管的縱向軸的或垂直于所述介質(zhì)的流動(dòng)方向的分量。
[0006]如果開頭寫著:至少一個(gè)“用于產(chǎn)生至少也垂直于測(cè)量管的縱向軸延伸的磁場(chǎng)”的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置隸屬于所說的磁感應(yīng)流量計(jì)，那么在這里還應(yīng)該再一次提示，磁場(chǎng)盡管優(yōu)選垂直于測(cè)量管的縱向軸或垂直于介質(zhì)的流動(dòng)方向延伸，但磁場(chǎng)的一個(gè)分量垂直于測(cè)量管的縱向軸或垂直于介質(zhì)的流動(dòng)方向延伸是足夠的。
[0007]開頭也闡述了，至少兩個(gè)-尤其是接觸介質(zhì)的-測(cè)量電極隸屬于所說的磁感應(yīng)流量計(jì)。這些測(cè)量電極用于量取在流動(dòng)介質(zhì)內(nèi)所感生的測(cè)量電壓。兩個(gè)測(cè)量電極的虛擬的連接線優(yōu)選至少基本垂直于與測(cè)量管的縱向軸垂直地貫穿測(cè)量管的磁場(chǎng)的方向延伸。尤其是可以設(shè)置測(cè)量電極，使得其虛擬的連接線實(shí)際上-或多或少-垂直于貫穿所述磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的方向延伸。
[0008]最后，開頭還闡述了，測(cè)量電極尤其可以是這樣的接觸介質(zhì)的測(cè)量電極。實(shí)際上，通過感應(yīng)在流動(dòng)的、可導(dǎo)電的介質(zhì)內(nèi)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)然可通過直接、即通過電流與介質(zhì)接觸的測(cè)量電極來量取作為測(cè)量電壓。但也存在磁感應(yīng)流量計(jì)，在其中，并不是通過直接地、即不是通過電流與介質(zhì)接觸的測(cè)量電極來量取測(cè)量電壓，更確切地說電容地檢測(cè)測(cè)量電壓。
[0009]磁感應(yīng)流量計(jì)在工業(yè)領(lǐng)域中開始以交變磁場(chǎng)來運(yùn)行。在此，出于成本的原因，一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈被連接到所存在的交變電壓網(wǎng)上，使得磁場(chǎng)基本以正弦的形態(tài)來改變其場(chǎng)強(qiáng)。但用基本呈正弦形改變其場(chǎng)強(qiáng)的磁場(chǎng)來運(yùn)行磁感應(yīng)流量計(jì)具有缺點(diǎn)(參見DE 199 07864 A1，第1欄，第53行，至第2欄，第13行)。
[0010]自70年代中期，利用所連接的直流磁場(chǎng)工作的磁感應(yīng)流量計(jì)已經(jīng)增加地得以實(shí)現(xiàn)，在所述磁感應(yīng)流量計(jì)中，即是用所連接的直流電流作為線圈電流來工作。如果利用所連接的直流磁場(chǎng)來工作，就避免了在用其場(chǎng)強(qiáng)基本呈正弦形變化的磁場(chǎng)工作時(shí)出現(xiàn)的缺點(diǎn)，但當(dāng)用所連接的直流磁場(chǎng)來工作時(shí)，也存在一些問題(參見DE 199 07 864 A1，第2欄，18至41行)。
[0011]在DE 199 07 864 A1中描述的發(fā)明所基于的任務(wù)是，設(shè)計(jì)并且擴(kuò)展已知的、以所連接的直流磁場(chǎng)工作的磁感應(yīng)流量計(jì)，使得所闡述的取決于系統(tǒng)的切換階段比此前在現(xiàn)有技術(shù)中已知存在的磁感應(yīng)流量計(jì)中的更短，因此能夠提高磁場(chǎng)頻率、即直流磁場(chǎng)以此切換的頻率(參見DE 199 07 864 A1，第2欄，42至49行)。
[0012]具體地，在已知的磁感應(yīng)流量計(jì)中，設(shè)置有附加電源，并且借助所述附加電源，直接在作為所連接的直流電流存在的線圈電流的每個(gè)半波開始時(shí)，可將附加電流饋入到一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈內(nèi)(參見DE 199 07 864 A1，第2欄，第50至57行，權(quán)利要求1，但也參見第2欄、第58行至第4欄、第7行中的另外的闡述，以及權(quán)利要求2至10)。
[0013]當(dāng)然存在標(biāo)稱寬度完全不同且具有完全不同的結(jié)構(gòu)幾何形狀的磁感應(yīng)流量計(jì)。這導(dǎo)致，一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈的電氣特性數(shù)據(jù)、尤其是針對(duì)不同的磁感應(yīng)流量計(jì)所使用的磁場(chǎng)線圈的電感和電阻是非常不同的。因此，磁場(chǎng)線圈的取決于電感和電阻的比的時(shí)間常數(shù)也極為不同。
[0014]如果沒有為每個(gè)磁感應(yīng)流量計(jì)、例如具有不同標(biāo)稱寬度的磁感應(yīng)流量計(jì)分別設(shè)計(jì)自身的線圈供電，那么必須設(shè)計(jì)應(yīng)該針對(duì)完全不同的磁場(chǎng)線圈可使用的線圈電流，使得例如即便在相對(duì)大的電阻條件下也能夠流過所期望的線圈電流，并且在相對(duì)大的電感以及相對(duì)小的電阻的條件下也取決于時(shí)間常數(shù)的穩(wěn)定時(shí)間不會(huì)過大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，說明一種磁感應(yīng)流量計(jì)，在其中，能夠針對(duì)另外非常不同的磁感應(yīng)流量計(jì)、即特別是針對(duì)具有非常不同的磁場(chǎng)線圈和/或?qū)λ枰膱?chǎng)強(qiáng)具有非常不同的要求的磁感應(yīng)流量計(jì)采用特定的線圈供電。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)的特征現(xiàn)在首先且基本在于，為了線圈供電，提供兩個(gè)不同的線圈電壓、即初始電壓和更低的功能電壓，并且為了由初始電壓切換到持續(xù)電壓-以及反之-設(shè)置有電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)。這需要闡述:
[0017]更上面已經(jīng)闡述，在本發(fā)明所基于的已知的磁感應(yīng)流量計(jì)中，設(shè)置有附加電源，并且借助所述附加電源，直接在作為所連接的直流電流存在的線圈電流的每個(gè)半波開始時(shí)，將附加電流饋入到一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈內(nèi)；這導(dǎo)致所力求的穩(wěn)定時(shí)間的縮短(參見DE 19907 864 A1 中的圖 4)。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中，即通過首先提供初始電壓并且然后提供更低的功能電壓的方式，穩(wěn)定時(shí)間(在否則不變的比的情況下)被縮短。
[0019]因此，初始電壓大于功能電壓，其中功能電壓是實(shí)際的測(cè)量運(yùn)行所需要的電壓，也即讓恒定的、引起測(cè)量管內(nèi)或流經(jīng)該測(cè)量管的介質(zhì)內(nèi)的所期望的磁場(chǎng)強(qiáng)度的線圈電流流動(dòng)的電壓。但根據(jù)本發(fā)明，達(dá)到了比縮短穩(wěn)定時(shí)間更多的效果。這在更下面還要闡述。
[0020]對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)而言，重要的是，初始電壓大于功能電壓。因此，功能電壓可以是相對(duì)小的，即當(dāng)一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈的電阻相對(duì)小或/和(確定所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度的)線圈電流相對(duì)小時(shí)是該情況。但所需要的功能電壓也可以是相對(duì)大的，即當(dāng)一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈的電阻相對(duì)大或/和由于所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度而必需的線圈電流相對(duì)大時(shí)是該情況。因此，在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中，線圈供電總體而言必須被設(shè)計(jì)成，使得即便是在最大的、可能在個(gè)別情況下所需要的功能電壓下，仍然能夠滿足初始電壓大于功能電壓的規(guī)定。
[0021]鑒于之前所闡述的，線圈供電可以在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中以完全不同的方式來實(shí)現(xiàn)。尤其是，為根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)總共所提供的供電電壓可以是初始電壓。尤其是、但又不僅僅是，可通過脈沖寬度調(diào)制，從供電電壓來獲取功能電壓。于是，但又不僅僅是，為了產(chǎn)生功能電壓可以設(shè)置有PWM控制的開關(guān)調(diào)節(jié)器。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中，為了產(chǎn)生所連接的直流磁場(chǎng)進(jìn)而為了產(chǎn)生所連接的直流電流作為線圈電流可以設(shè)置轉(zhuǎn)換橋，這在更上面已經(jīng)闡述，-并且在已知的、本發(fā)明所基于的磁感應(yīng)流量計(jì)中設(shè)置有這樣的轉(zhuǎn)換橋(參見DE 199 07 864 A1中第4欄，第53至67行以及圖3中的轉(zhuǎn)換橋)?，F(xiàn)如果也在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中設(shè)置轉(zhuǎn)換橋，另外也設(shè)置微控制器(參見由DE 199 07 864 A1已知的磁感應(yīng)流量計(jì)中的微控制器18)，那么就推薦根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)的一種實(shí)施方式，其特征在于，轉(zhuǎn)換橋是由微控制器來換向。
[0023]如果在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中設(shè)置微控制器，通過所述微控制器，如上所述能夠換向轉(zhuǎn)換橋，于是，但不僅僅是，建議由微控制器來控制所述電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)。
[0024]更上面已經(jīng)表明，根據(jù)本發(fā)明不僅縮短了穩(wěn)定時(shí)間，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)更多。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)重要的是，如多次所闡述的那樣，提供兩個(gè)不同的線圈電壓，即初始電壓和更低的功能電壓。因?yàn)槌跏茧妷捍笥诠δ茈妷海猿跏茧妷罕仨毐贿x擇成，使得其大于最大所需要的功能電壓，即當(dāng)一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈的電阻相對(duì)大并且-由于所需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度-而應(yīng)該流動(dòng)相對(duì)大的線圈電流時(shí)針對(duì)所需要的線圈電流而需要的功能電壓。如果線圈供電是這樣實(shí)現(xiàn)的，但需要比最大功能電壓更小的功能電壓、尤其是需要相對(duì)小的功能電壓，那么在一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)線圈內(nèi)未被“消耗”的功率將在所述電流調(diào)節(jié)器內(nèi)被“消耗”，即作為所不期望的損耗功率。根據(jù)本發(fā)明，這通過以下方式來防止，即:一方面提供實(shí)現(xiàn)所期望地短的穩(wěn)定時(shí)間的初始電壓，另一方面僅提供這樣的對(duì)于相應(yīng)的個(gè)別情況在功能上必需的功能電壓。
[0025]如果在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中、就像在本發(fā)明所基于的磁感應(yīng)流量計(jì)中以及如今天所常見的那樣設(shè)置微控制器，那么微控制器可以在根據(jù)本發(fā)明的磁感應(yīng)流量計(jì)中具有三個(gè)功能，即換向轉(zhuǎn)換橋的功能、控制電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)的功能以及控制或調(diào)控功能電壓的功能。因此，微控制器不僅規(guī)定了，什么時(shí)候由初始電