專利名稱：用于操作磁感應(yīng)流量計(jì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作磁感應(yīng)流量計(jì)的方法。特別地，本發(fā)明 涉及一種用于測定流經(jīng)流量計(jì)的介質(zhì)的流型的方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)過程測量技術(shù)中，經(jīng)常使用磁感應(yīng)流量換能器，特別是與 化工自動化和/或材料處理相結(jié)合，用于測量導(dǎo)電介質(zhì)的流量。已知磁 感應(yīng)流量計(jì)允許基本上直接測量導(dǎo)電液體的時(shí)變流速和/或時(shí)變體積流 量并且將其映射為相應(yīng)的測量值。磁感應(yīng)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和操作方式已 經(jīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知并且例如在以下專利文獻(xiàn)中有詳細(xì)介紹 DE隱A 43 26 991、 EP-A1 275 940、 EP-A 12 73 892、 EP-A 1 273 891、 EP陽A 814 324、 EP-A 770 855、 EP-A 521 169、 US-B 69 62 087、 US-B 69 73 839、 US匿B 66 34 238、 US-A 60 31 740、 US-A 54 87 310、 US-A 52 10 496、 US-A 44 10 926、 US-A 2002/0117009或WO-A 01/90702。
所述類型的流量換能器通常各自具有非鐵磁性的測量管，其例如 利用法蘭或螺旋管件而液密地插入在操作期間引導(dǎo)待測介質(zhì)的管道線 路中并且相應(yīng)地由介質(zhì)流經(jīng)。測量管接觸介質(zhì)的部分通常實(shí)施為不導(dǎo) 電的，以使得測量電壓不被短路，測量電壓正如根據(jù)法拉第感生原理 而由以隨時(shí)間變化的強(qiáng)度至少部分貫穿測量管的磁場感生的電壓。因 此，金屬測量管通常在內(nèi)部具有不導(dǎo)電層，其例如由硬橡膠、聚氟乙 烯或其他塑料制成。在測量管完全由塑料或陶瓷(例如氧化鋁陶瓷) 制成的情況，不需要不導(dǎo)電層。
磁場是利用合適的磁鐵系統(tǒng)產(chǎn)生的并且合適地耦合入流動介質(zhì)， 其中這種磁鐵系統(tǒng)往往是利用位于測量管外部且在直徑上彼此相對的
7兩個(gè)勵磁線圈形成的。如果需要，所述類型的勵磁線圈具有由導(dǎo)磁材 料制成的線圈鐵心，用于引導(dǎo)磁場。為了使得由線圈產(chǎn)生的磁場盡可 能均勻，線圈往往彼此相同并且串聯(lián)電連接，從而在操作期間相同的 勵磁電流流經(jīng)這兩個(gè)勵磁線圈。然而，還記載了一種情況，其中令勵 磁電流交替地同向及反向流經(jīng)勵磁線圈，以通過這種方式能夠測定例 如液體的粘度、流動指數(shù)和/或流體的擾動程度；關(guān)于這一點(diǎn)，請參見
EP-A1 275 940、 EP陽A 770 855或DE-A 43 26 991 。前述的勵磁電流是 通過流量計(jì)的對應(yīng)的操作電子器件產(chǎn)生的，并且可以例如為周期性的、 脈沖的或諧波的交變電流。為了產(chǎn)生周期性的勵磁電流，通常使用T-或H-電路形式的開關(guān)電路作為方波調(diào)制器，通常被控制為具有恒定幅 度的電流流經(jīng)該方波調(diào)制器。
上述感生的測量電壓被利用至少兩個(gè)流電的(即，接觸測量介質(zhì)) 或電容性的(即，例如布置在測量管的管壁內(nèi)部)測量電極而量取。 最常見的是，測量電極在直徑上對置地布置，使得它們公共的直徑垂 直于磁場的方向并且因而垂直于勵磁線圈彼此相對所處的直徑。感生 的測量電壓被利用流量計(jì)的合適的信號處理電路接收、適當(dāng)放大、并 調(diào)整為測量信號，該測量信號又可以被合適地進(jìn)一步處理，例如數(shù)字 化。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣已知適當(dāng)?shù)男盘柼幚黼娐?，特別是在以下文 獻(xiàn)中EP陽A 814 324、 EP-A 521 169或WO-A 01/90702。
原理上，各個(gè)測量電極上的瞬時(shí)電勢的絕對值對于測量體積流量
不重要，當(dāng)然，這僅僅是在以下前提下---方面電勢位于在測量電
極之后的差動放大器的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，也就是這個(gè)放大器不能被該電勢 過激勵；另一方面，電勢改變的頻率必須明顯低于所述的電流方向翻 轉(zhuǎn)的頻率。
在每一電極的電勢不僅僅依賴于測量管和磁場系統(tǒng)的特性，而是 正如在US-B 67 08 569或US-B 66 34 238中已經(jīng)討論的，實(shí)際上不可 避免的不同來源的千擾可能疊加在每一電勢上并且因而還疊加在實(shí)際測量信號上。測量信號的這種干擾可能是例如由測量線路中感性和/或 容性侵入或者在測量電極上的涂層而引起的。
除了那些更多地歸于勵磁信道或測量信號的干擾之外，還可以假 設(shè)測量管中的介質(zhì)的流型自身也可以對于測量信號的特性具有顯著影 響，并且與標(biāo)定的也就是指定的流動特性的偏離同樣被看作測量信號 的顯著干擾源。在介質(zhì)中有外來物質(zhì)(諸如夾帶的固體顆粒和/或氣泡) 的情況中發(fā)生第一種與流型相關(guān)的干擾，并且當(dāng)這種外來物質(zhì)碰撞至 少一個(gè)測量電極或者流經(jīng)該測量電極附近并且引起局部電勢突然改變 時(shí)，發(fā)生這種干擾。這些改變的衰變時(shí)間依賴于介質(zhì)類型并且往往大
于改變的上升時(shí)間。正如在DE-A 43 26 991中討論的，測量信號的第 二種與流型相關(guān)的干擾可以歸于起初被假設(shè)為對稱的流動剖面中的不 對稱性。作為上述干擾的結(jié)果，測量信號不僅具有基本對應(yīng)于介質(zhì)瞬 時(shí)流速的有效部分，而且往往還具有至少部分受到流動介質(zhì)中的當(dāng)前 干擾影響的噪聲部分，并且這個(gè)噪聲部分可以顯著地導(dǎo)致測量結(jié)果惡 化。
在EP-A 1 273 892中，公開了一種用于操作磁感應(yīng)流量換能器的 方法，其中通過至少間歇地向兩個(gè)測量電極中的至少一個(gè)電極施加利 用分析及運(yùn)算電路產(chǎn)生的電壓脈沖，而消除在測量電極上的特別是與 流型相關(guān)的干擾電勢或者至少顯著減小該干擾電勢的影響。使用這種 方法可能導(dǎo)致磁感應(yīng)流量計(jì)的測量精度顯著提高，特別是在單相或混 合多相液體的情況中。另外，例如在EP-A 337 292或WO-A 03/004977 中描述了方法，其中在較長的時(shí)間中向測量電極供應(yīng)消除干擾電視的 擦除電壓，這特別是通過周期性的短路接地或者通過施加諧波交變電
壓而實(shí)現(xiàn)的。然而，這種測量方法及相應(yīng)的流量換能器的一個(gè)缺點(diǎn)是， 例如在具有顯著分離的各個(gè)液體相位的多相液體的情況中或者在粥狀
粘性液體的情況中，必須應(yīng)付更為隨機(jī)的基本上不再可確實(shí)估計(jì)且因 而幾乎不能標(biāo)定的干擾和/或可能夾帶的固體顆?；驓馀莸某霈F(xiàn)頻率。 在相應(yīng)的措施中，至少與流體相關(guān)的特性的干擾電勢不再能夠以足夠確定的程度從測量電極移除。與此相隨的是，測量儀表的測量精度特 別是隨著外來物質(zhì)顆粒和/或氣泡的濃度增加而顯著降低。

發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的是提供一種方法，利用該方法，耦合入磁感 應(yīng)流量測量換能器的測量信號的干擾電勢，特別是由于流型或流型突 然改變而引起的干擾電勢能夠被至少安全地識別，并且可以被合適地 以信號表示，如果需要是以警報(bào)的形式。另外，這種干擾電勢對于測 定主要測量值的影響被盡可能補(bǔ)償，從而即使在流動剖面不對稱的情 況中和/或在多相流的情況中或者流體的組成和/或流動指數(shù)改變的情 況中，都可以非常精確并像以前一樣可靠地確定主要測量值。
為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明在于一種用于操作磁感應(yīng)流量計(jì)的方法， 其中該方法包括以下步驟
-令待測介質(zhì)流經(jīng)流量計(jì)的測量管；
-產(chǎn)生至少部分以隨時(shí)間改變的強(qiáng)度貫穿測量管中的介質(zhì)的磁場， 特別是周期性磁場，使得在介質(zhì)中至少間歇地特別是周期性地感生測 量電壓；
-在介質(zhì)中感生的測量電壓至少間歇地特別是周期性地被利用由 第一和第二測量電極形成的電極對而量取，用于產(chǎn)生至少一個(gè)對應(yīng)于 測量電壓的模擬測量信號，其中測量信號具有基本對應(yīng)于介質(zhì)瞬時(shí)流 速的有效部分以及至少部分受到流動介質(zhì)中的當(dāng)前干擾影響的噪聲部 分；以及
-測定位于測量管中的介質(zhì)的流型，該流型由流動介質(zhì)的瞬時(shí)流動 剖面和/或瞬時(shí)組成確定。
另外，在本發(fā)明的方法中，測定流型的步驟進(jìn)一步包括以下步驟 -產(chǎn)生代表至少一個(gè)測量信號的數(shù)字信號；
-通過應(yīng)用該數(shù)字信號，測定測量信號的噪聲譜，特別是受到頻 帶限制的噪聲譜，其至少主要對應(yīng)于噪聲部分；以及-通過應(yīng)用至少一部分噪聲譜，測定至少一個(gè)狀態(tài)值，其至少量 化地特別是盡可能及時(shí)地用信號表示測量管中存在的流型。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步 包括將有效部分與噪聲部分分離的步驟。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，有效部分與噪聲部分的分離至少部分 是通過應(yīng)用數(shù)字信號而進(jìn)行的。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步 包括通過應(yīng)用數(shù)字信號而測定測量信號的有效/噪聲譜，其既對應(yīng)于測 量信號的噪聲部分也對應(yīng)于測量信號的有效部分。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí) 施例的進(jìn)一步發(fā)展中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步包括從有 效/噪聲譜中除去測量信號的至少主要對應(yīng)于有效部分的有效譜。在這 種情況中，進(jìn)一步提出，有效/噪聲譜經(jīng)歷中值濾波，以從有效/噪聲譜 中除去有效譜。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟包括測定 測量信號的至少噪聲部分的譜功率密度的步驟。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施 例的進(jìn)一步發(fā)展中，測量信號的至少噪聲部分的譜功率密度的測定是 通過應(yīng)用至少一部分噪聲譜而進(jìn)行的。
在本發(fā)明的方法的第五實(shí)施例中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟包
括測定至少一個(gè)用于測量信號的模型參數(shù)，其中模型參數(shù)當(dāng)前代表在
整個(gè)噪聲譜之內(nèi)噪聲部分的信號特征。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，測 定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟還包括將模型參數(shù)與為此預(yù)定的模型參考值
比較并且/或者至少一個(gè)模型參數(shù)代表噪聲部分的譜功率密度。
在本發(fā)明的方法的第六實(shí)施例中，噪聲譜具有位于當(dāng)前參考頻率 之下的低頻帶部分，該參考頻率特別是可變的并且/或者由介質(zhì)的流型
11改變，其中在低頻帶部分之內(nèi)，噪聲部分當(dāng)前至少平均超過預(yù)定的最 小電平，噪聲譜還具有位于參考頻率之上的髙頻帶部分，其中在高頻 帶部分之內(nèi)，噪聲部分當(dāng)前至少平均低于預(yù)定的最小電平。在本發(fā)明 的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟包括測定 當(dāng)前參考頻率的步驟，并且/或者測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟還包括測 定至少一個(gè)可區(qū)分地代表高頻帶部分與低頻帶部分的模型參數(shù)，并且
還可能包括將當(dāng)前的模型參數(shù)與為其預(yù)定的參考值相比較的步驟。至 少一個(gè)狀態(tài)值可以是通過應(yīng)用當(dāng)前參考頻率和代表高頻帶部分的模型 參數(shù)而測定的，并且其中至少一個(gè)模型參數(shù)可以是梯度值，其代表噪 聲部分的譜幅度密度依賴于頻率的改變。
在本發(fā)明的方法的第七實(shí)施例中，噪聲譜是有頻帶限制的。
在本發(fā)明的方法第八實(shí)施例中，還包括令至少一部分?jǐn)?shù)字信號經(jīng) 歷離散傅立葉變換的步驟。
在本發(fā)明的方法的第九實(shí)施例中，測定測量信號的噪聲譜的步驟 進(jìn)一步包括令至少一部分?jǐn)?shù)字信號經(jīng)歷離散傅立葉變換的步驟。在本 發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn) 一步包括基于數(shù)字信號測定測量信號的至少主要對應(yīng)于有效部分的有 效譜的步驟。
在本發(fā)明的方法的第十實(shí)施例中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)具有至 少一個(gè)流體相。
在本發(fā)明的方法的第十一實(shí)施例中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)基本 是單相的。
在本發(fā)明的方法的第十二實(shí)施例中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)是多 相的，例如基本為兩相的和/或基本具有兩個(gè)流體相。另外，狀態(tài)值還
12可以用信號表示介質(zhì)具有至少一個(gè)氣相和一個(gè)液相。
在本發(fā)明的方法的第十三實(shí)施例中，進(jìn)一步包括通過使用測量信 號產(chǎn)生至少一個(gè)測量值的步驟，該測量值量化地代表待測介質(zhì)的要檢 測的測量變量。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，還通過應(yīng)用 數(shù)字信號，特別是通過應(yīng)用狀態(tài)值而產(chǎn)生測量值。
在本發(fā)明的方法的第十四實(shí)施例中，進(jìn)一步包括將狀態(tài)值與至少 一個(gè)預(yù)定的狀態(tài)參考值進(jìn)行比較的步驟，該預(yù)定的狀態(tài)參考值代表預(yù) 定的特別是對于流量計(jì)的安全操作和/或預(yù)定測量精度所要求的介質(zhì)流 型。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，進(jìn)一步包括基于狀態(tài)值 與至少一個(gè)預(yù)定狀態(tài)參考值的比較而觸發(fā)警報(bào)，其中警報(bào)特別是以視 覺和/或聽覺上可察覺的方式用信號表示當(dāng)前測定的流型偏離預(yù)定的流 型。
在本發(fā)明的方法的第十五實(shí)施例中，產(chǎn)生以隨時(shí)間改變的強(qiáng)度至 少部分貫穿測量管中的介質(zhì)的特別是周期性的磁場的步驟包括令特別 是雙極性的勵磁電流流經(jīng)流量計(jì)的運(yùn)算電路并流經(jīng)磁場系統(tǒng)的步驟， 其中該磁場系統(tǒng)布置在測量管上并且至少暫時(shí)連接至運(yùn)算電路。
在本發(fā)明的方法的第十六實(shí)施例中，測定測量信號的噪聲譜的步 驟進(jìn)一步包括存儲至少一部分?jǐn)?shù)字采樣序列以產(chǎn)生數(shù)據(jù)集的步驟，該 數(shù)據(jù)集瞬時(shí)代表測量信號在可預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)的時(shí)間分布。
本發(fā)明的基本思想是基于在至少一個(gè)測量信號中與流型相對應(yīng)的 干擾電勢，檢測位于測量管中的介質(zhì)的部分可在很大程度上改變的流 型。為此，基于測量信號的與測量信號的有效部分分離并且對應(yīng)于干 擾電勢的噪聲譜，執(zhí)行噪聲部分的譜分析。
這里，本發(fā)明基于以下驚人發(fā)現(xiàn)所述類型的干擾電勢通常以在很大程度上不可確定的方式發(fā)生，但是噪聲部分，也就是與產(chǎn)生主要 測量值實(shí)際需要的測量信號有效部分分離的信號組成部分，至少在譜 范圍中往往具有典型的分布或典型的形狀，而測量信號的總譜(這里 稱作有效/噪聲譜)反映了這里僅僅認(rèn)為不重要的類型的干擾?；谠?br> 聲譜，可以在操作期間確定地至少檢測到存在破壞主要測量結(jié)果的干 擾，并且因而可以在線執(zhí)行瞬時(shí)流型的識別。


現(xiàn)在根據(jù)對于磁感應(yīng)流量計(jì)的時(shí)間曲線、時(shí)序圖和示意性電路圖 詳細(xì)討論本發(fā)明的方法和進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖la、 b示意性地且部分以框圖顯示了適于執(zhí)行本發(fā)明的方法的 過程測量儀表，其在這里實(shí)施為磁感應(yīng)流量計(jì)；
圖2a示意性顯示了在圖la、 lb的過程測量儀表的操作期間，勵 磁電流的波形；
圖2b、 c、圖3a、 b、圖4a、 b、圖5a、 b示意性顯示了在la、 lb 的過程測量儀表的操作期間，可測量的電勢的波形；
圖6a顯示了基于圖la、 lb的測量儀表產(chǎn)生的測量信號獲得的有 效/噪聲譜；
圖6b顯示了基于圖6a的有效/噪聲譜的中值濾波獲得的噪聲譜； 圖7a、 b顯示了基于利用圖la、 lb的測量儀表產(chǎn)生的對于不同流
型的測量信號獲得的不同的噪聲譜；和
圖8a、 b、 c示意性顯示了基于利用根據(jù)圖la、 lb的測量儀表產(chǎn)
生的對于不同流型的測量信號而獲得的位于噪聲譜中的匹配曲線。
具體實(shí)施例方式
圖la和lb部分以框圖形式示意性顯示了適于執(zhí)行本發(fā)明的方法 的過程測量儀表，其在這里被實(shí)施為磁感應(yīng)流量計(jì)，利用這種測量儀 表可以檢測在這里未示出的管道中流動的介質(zhì)的至少一個(gè)物理測量變 量，該介質(zhì)特別是兩相或多相的并且/或者在成分和/或流動剖面方面是 可變的。例如，流量測量儀表可用于測量夾帶有氣體的導(dǎo)電液體、泥漿或者漿液的體積流量和/或流速，并且用于測定相應(yīng)代表它們的主要 測量僮Xm。特別地，測量儀表還用于至少間歇地測定位于測量管中的 介質(zhì)的由流動介質(zhì)的瞬時(shí)流動剖面和/或瞬時(shí)成分而確定的流型，以及 將其映射為合適的狀態(tài)值Xs，該狀態(tài)值用作次要測量值。另外，測量 儀表可以連接至現(xiàn)場總線(未顯示)，并因而與遠(yuǎn)程控制室以及外部 電源通信。為了將測量儀表數(shù)據(jù)，特別是主要測量值發(fā)送至現(xiàn)場總線， 還可以在測量儀表中提供具有合適的數(shù)據(jù)接口 51的相應(yīng)通信單元5。 進(jìn)一步，特別是為了能夠可視化測量儀表數(shù)據(jù)和/或在線調(diào)整流量測量
儀表，通信單元5還可以具有相應(yīng)的顯示及操作單元52。
測量儀表還包括流量換能器1，其用于產(chǎn)生對應(yīng)于待測物理變量 的測量電勢；運(yùn)算電路2，其用于檢測測量電勢并且用于產(chǎn)生至少一個(gè) 對應(yīng)于物理變量的測量信號；和分析電路3。該分析電路用于啟動運(yùn)算 電路2并因而啟動流量換能器1，還用于通過使用至少一個(gè)測量信號而
產(chǎn)生量化地代表物理變量的主要測量值，特別是瞬時(shí)體積流量和/或瞬
時(shí)流速。正如在圖la中示意性示出的，運(yùn)算電路2以及有時(shí)還有流量 換能器1的某些元件可以容納在流量計(jì)的電子器件外殼10中。
可插入上述管道中的測量管11屬于流量換能器1，該測量管11 具有管壁并且在操作期間令待測介質(zhì)沿測量管縱軸的方向流經(jīng)測量管 11。流量換能器1還包括設(shè)置在測量管上特別是直接固定于其上的磁 場系統(tǒng)，其用于產(chǎn)生至少部分地以隨時(shí)間改變的強(qiáng)度穿過測量管中的 介質(zhì)的特別是周期性的磁場，其中由于該磁場，至少間歇地特別是周 期性地在流動介質(zhì)中感生相應(yīng)的測量電壓。
為了避免在流體中感生的電壓短路，測量管11接觸流體的內(nèi)部件 是不導(dǎo)電的。為此，通常在金屬測量管的內(nèi)部提供例如由陶瓷、硬橡 膠、聚氨酯、聚氟乙烯等制成的不導(dǎo)電層，并且金屬測量管通常也是 非鐵磁性的；在測量管完全由塑料或陶瓷(例如氧化鋁陶瓷)制成的 情況中，不導(dǎo)電層不是必需的。
15流量計(jì)的激勵系統(tǒng)由運(yùn)算電路2中的驅(qū)動電子裝置21啟動，并且 在所示實(shí)施例中包括設(shè)置在測量管11上的第一勵磁線圈12和也設(shè)置
在測量管11上的第二勵磁線圈13。勵磁線圈12、 13處于測量管11的
第一直徑上。激勵系統(tǒng)在操作期間用于產(chǎn)生貫穿管壁及所流過的流體
的磁場H。當(dāng)令由驅(qū)動電子裝置21驅(qū)動的勵磁電流I在勵磁線圈12、 13 (它們在這里串聯(lián)連接)中流動時(shí)，發(fā)生這種情況。這里，特別是 雙極性的勵磁電流I可以例如具有矩形、三角形或正弦形狀。圖lb顯 示，勵磁線圈12、 13不包含鐵心并且因而是所謂的空心線圈。然而， 正如在這種線圈系統(tǒng)中常見的那樣，勵磁線圈12、 13也可以纏繞在一 個(gè)鐵心周圍，鐵心通常由軟磁材料制成，其中鐵心可以與極靴相互作 用，例如參見US-A 55 40 103。
在這里實(shí)現(xiàn)在所示實(shí)施例中作為電磁地作用于介質(zhì)的線圈系統(tǒng)而 形成的激勵系統(tǒng)，特別是形成兩個(gè)勵磁線圈12、 13并定下它們的尺寸， 使得利用它們產(chǎn)生的磁場H在測量管11內(nèi)部至少相對于垂直于第一直 徑的第二直徑對稱特別是旋轉(zhuǎn)對稱。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動電子裝置21產(chǎn)生直流電流，其特 別是被控制為具有恒定幅度，這個(gè)直流電流然后被利用合適的開關(guān)電 路(其例如被構(gòu)造為H電路或T電路)而例如以10 Hz~50 Hz范圍內(nèi) 的時(shí)鐘頻率周期性翻轉(zhuǎn)，并因而被調(diào)制成具有經(jīng)調(diào)節(jié)的幅度的交變電 流。于是，令勵磁電流I流經(jīng)線圈系統(tǒng)，使得如圖2a示意性示出的， 勵磁電流在第一開關(guān)相位PH11期間沿第一電流方向流經(jīng)線圈12、 13 并且在第一開關(guān)相位之后的第二開關(guān)相位PH12期間以與第一電流方 向相反的反方向流經(jīng)線圈12、 13;關(guān)于電流控制及極性翻轉(zhuǎn)，例如也 可參見US-A 44 10 926或US-A 60 31 740。在第二開關(guān)相位PH12之后 的第三開關(guān)相位PH21期間，勵磁電流I再次沿第一電流方向流動。在 第三開關(guān)相位之后的第四開關(guān)相位PH22期間，勵磁電流I再次沿反方 向流動。這之后是相應(yīng)的開關(guān)相位PH31，等等。關(guān)于勵磁電流I的方向翻轉(zhuǎn)，彼此跟隨的兩個(gè)開關(guān)相位形成一個(gè)切換周期Pl、 P2、 P3等等。 伴隨流經(jīng)線圈系統(tǒng)的勵磁電流I的極性翻轉(zhuǎn)，除了可能的開關(guān)相位偏移 之外，磁場H也重復(fù)性地基本與其同步地翻轉(zhuǎn)；關(guān)于這一點(diǎn)，參見圖2a。
為了產(chǎn)生至少一個(gè)對應(yīng)于測量變量的電子測量信號，還在測量換 能器中提供設(shè)置在測量管上或者至少在測量管附近的傳感器系統(tǒng)，其 量取在介質(zhì)中至少間歇地感生的測量電壓?？紤]到正如已經(jīng)提到的， 測量儀表特別地還用于流動剖面和/或成分可變的特別是兩相或多相流 動介質(zhì)，所以可以認(rèn)為測量信號既具有基本對應(yīng)于介質(zhì)瞬時(shí)流速的有 效部分也具有至少部分受到流動介質(zhì)中當(dāng)前的干擾影響的噪聲部分， 這里的干擾特別是與流型相關(guān)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，傳感器系統(tǒng)具有在實(shí)踐中直接安置于 測量管上的電極。設(shè)置在測量管11管壁內(nèi)側(cè)上的第一電極14在這里 用于量取由磁場H感生的第一電勢ew。以同樣的方式設(shè)置的第二電極 15還用于量取由磁場感生的第二電勢e15。測量電極14、 15位于測量 管的第二直徑上，該第二直徑垂直于第一直徑及測量管縱軸；然而， 它們也可以例如位于測量管11的與第二直徑平行的弦上，關(guān)于這一點(diǎn)， 參見US-A 56 46 353。在這里顯示的實(shí)施例中，測量管14、 15顯示為 流電測量電極，即，接觸流體的電極。然而，也可以使用兩個(gè)容性測 量電極，即，例如設(shè)置在測量管11的管壁內(nèi)部的測量電極。每一測量 電極14、 15量取在操作期間基于法拉第原理而在流過的流體中感生的 電勢en、 e15。
正如在圖lb中示意性示出的，測量電極14、 15在操作期間至少 間歇地分別與差動放大器22的反向輸入端和正向輸入端相連。以這種 方式，形成由測量電極14、 15量取的兩個(gè)電勢e14、 e,5的電勢差，其 用作測量信號u，該電勢差與流過的流體中建立的測量電壓以及待測物 理變量相對應(yīng)。測量電極14、 15上的電勢e^、 eu通常大致在10 mV直至100 mV的范圍中。
為了測定瞬時(shí)位于測量管中的介質(zhì)的至少一個(gè)待測的測量變量以 及流型，利用由第一和第二測.量電極形成的電極對至少間歇地特別是 周期性地量取在介質(zhì)中感生的測量電壓，并且該測量電壓被轉(zhuǎn)換為適 當(dāng)?shù)嘏c測量電壓對應(yīng)的模擬測量信號。
正如從圖la、 lb中清楚看到的，在所示實(shí)施例中，位于差動放大 器22輸出端的測量信號u被饋送至流量計(jì)中的分析電路3。然而這里 應(yīng)當(dāng)注意，代替用于產(chǎn)生模擬差分信號的對于測量電極14、 15的單個(gè) 差動放大器，當(dāng)然也可以對每一測量電極14、 15單獨(dú)地提供合適的信 號放大器。相應(yīng)地，例如也可以基于兩個(gè)被分離地?cái)?shù)字化的測量信號 而數(shù)值地計(jì)算從測量電極14、 15量取的兩個(gè)電勢ew、 eu的電勢差。
根據(jù)本發(fā)明，分析電路3特別地用于數(shù)字化輸入的測量信號u并 且部分將其以第一數(shù)據(jù)集OS,的形式保存起來，從而為了測定測量值 XM，保持關(guān)于一段測量信號的時(shí)間分布的數(shù)字形式的信息有效。為此， 正如圖la中示意性顯示的，在所示實(shí)施例中，測量信號u被經(jīng)由具有 預(yù)定濾波器階數(shù)(例如，無源或有源RC濾波器)及可調(diào)極限頻率的低 通濾波器31饋送至分析電路3。低通濾波器31用于對測量信號u進(jìn)行 頻帶限制以防止混疊誤差，并且對于數(shù)字化而合適地預(yù)處理測量信號 u。根據(jù)已知的奈奎斯特(Nyquist)采樣理論，將極限頻率設(shè)置為小于 對測量信號u的已通過的部分進(jìn)行采樣的采樣頻率的0.5倍。對于測量 信號u已經(jīng)被以需要的方式限制頻帶的情況，可以省略低通濾波器31。 在輸出側(cè)，低通濾波器31耦合至分析電路3的A/D轉(zhuǎn)換器32的信號 輸入端，該A/D轉(zhuǎn)換器用于將通過低通濾波器31饋送的測量信號u轉(zhuǎn) 換為代表它的數(shù)字測量信號uD。 A/D轉(zhuǎn)換器32可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員 已知的串行或并行轉(zhuǎn)換的A/D轉(zhuǎn)換器，其能夠以上述采樣頻率定時(shí)。 適用于此的A/D轉(zhuǎn)換器類型例如是Texas Instruments Inc的delta-sigma A/D轉(zhuǎn)換器ADS1252，其具有24位分辨率以及小于等于40 kHz的允
18許采樣頻率，其中小于lOkHz的釆樣頻率足以實(shí)施本發(fā)明的方法。對 于使用的A/D轉(zhuǎn)換器32 (諸如所述的ADS1252)被設(shè)計(jì)為僅用于轉(zhuǎn)換 正的信號值的情況，相應(yīng)地調(diào)整A/D轉(zhuǎn)換器32的參考電壓，使得在轉(zhuǎn) 換器輸入端上期望的最小信號值設(shè)置測量信號UD的至少一個(gè)位，特別 是最高有效位(MSB)。換言之，要向低通濾波器31輸出端上的信號 增加一個(gè)直流分量，使得信號作為具有可變幅度的直流信號作用于A/D 轉(zhuǎn)換器32。另外，例如利用數(shù)字FIR和/或IIR濾波器再次對數(shù)字測量
信號UD進(jìn)行濾波也是具有優(yōu)點(diǎn)的。
在A/D轉(zhuǎn)換器32輸出側(cè)上的數(shù)字測量信號UD可能被再次數(shù)字濾 波，它例如被通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線而分段地載入分析電路3的易失性數(shù) 據(jù)存儲器33，并且在那里以數(shù)字存儲的測量數(shù)據(jù)的集合的形式作為瞬 時(shí)代表測量信號u的有限采樣序列AF而保持特別是對于分析電路3的 數(shù)字流量計(jì)算器34可用。這里，用作數(shù)據(jù)存儲器33的可以例如是靜 態(tài)和/或動態(tài)的讀寫存儲器。
瞬時(shí)采樣窗的寬度，也就是要被存儲以用于瞬時(shí)代表測量信號u 的采樣序列AF的片段的時(shí)間長度可以例如在為勵磁電流I提供時(shí)鐘的 轉(zhuǎn)換周期Pl、 P2之一的總持續(xù)時(shí)間的范圍內(nèi)或者也可以在開關(guān)相位 PHll、 PH12、 PH21、 PH22之一的持續(xù)時(shí)間的范圍內(nèi)，其中將數(shù)據(jù)讀 入數(shù)據(jù)存儲器33所利用的時(shí)鐘相應(yīng)地與勵磁電流的時(shí)鐘基本同相。在 通用的所述類型流量計(jì)的情況中，通常的脈沖時(shí)間大約在10~100 ms 的范圍內(nèi)，這在A/D轉(zhuǎn)換器32的采樣頻率f;為10 kHz的情況中意味 著100-1000次采樣，也就是由采樣序列AF或第一數(shù)據(jù)集給出1000個(gè) 存儲的采樣值。
如果需要，例如由于數(shù)據(jù)存儲器33的存儲能力較小或者為了前端 消除與場翻轉(zhuǎn)相關(guān)的電壓瞬態(tài)，還可以僅僅將一部分在每一開關(guān)相位 產(chǎn)生的測量信號u，確切的說是數(shù)字測量信號UD讀入數(shù)據(jù)存儲器33。 為了說明，將上述開關(guān)相位PHll、 PH12、 PH21、 PH22、 PH31各自劃
19分為所屬的用于構(gòu)成磁場的第一部分周期持續(xù)時(shí)間T111、T121、T211、 T221、 T311以及所屬的用作測量相位的第二部分周期持續(xù)時(shí)間T112、 T122、 T212、 T222、 T312;參見圖2a、 2b和2c。優(yōu)選地，在本發(fā)明 的這個(gè)實(shí)施例中，往往僅在測量信號u的配屬于當(dāng)前第二部分周期持 續(xù)時(shí)間T112、 T122、 T212、 T222或T312的分布中才虛擬映射入數(shù)據(jù) 存儲器33，其中測量數(shù)據(jù)的分析以及測量值的產(chǎn)生可以在下一磁場建 立相位T121、 T211、 T221、 T311中進(jìn)行。
為了從采樣序列AF產(chǎn)生測量值XM,流量計(jì)算器34例如經(jīng)由內(nèi) 部數(shù)據(jù)總線至少暫時(shí)地訪問(特別是讀數(shù)據(jù))數(shù)據(jù)存儲器33和其中存 儲的數(shù)據(jù)集。例如圖la示意性顯示的，流量計(jì)算器34可以以具有優(yōu)點(diǎn) 的方式利用微處理器30和其中運(yùn)行的計(jì)算程序而實(shí)現(xiàn)。然而，作為微 處理器的替代或補(bǔ)充，數(shù)字信號處理器也可以用于實(shí)現(xiàn)流量計(jì)算器。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，分析電路3還包括作為分離的部分電 路構(gòu)成的存儲器管理器35，其例如通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線與微處理器30通 信，并且用于管理數(shù)據(jù)存儲器30，特別是用于控制數(shù)字測量信號UD的 采樣以及采樣序列AF的產(chǎn)生并且以這種方式減輕微處理器的負(fù)擔(dān)。存 儲器管理器35可以例如實(shí)現(xiàn)在可編程功能存儲器中，例如PAL (可編 程陣列邏輯)或FPGA (現(xiàn)場可編程柵極陣列)。如果需要，存儲器管 理器35也可以利用微處理器30或另一微處理器(未顯示)以及其中 運(yùn)行的相應(yīng)計(jì)算機(jī)程序而實(shí)現(xiàn)。利用存儲器管理器35可以為了進(jìn)一步 減輕微處理器的負(fù)擔(dān)而例如實(shí)現(xiàn)在多個(gè)采樣序列上形成平均值或中 值，正如這種流量計(jì)中所常見的。
正如上面已經(jīng)多次提到的，測量信號u可能由于測量電極14、 15 上出現(xiàn)的干擾電勢E112、 E122、 E222、 E312而受到顯著干擾并且因而 惡化；關(guān)于這一點(diǎn)，參見圖2b、 2c。為了說明，另外在圖3a、 3b中顯 示了在大約10秒內(nèi)記錄的電勢e14、 e^的走勢，它們被疊加了干擾電 勢，其中以所述的方式在圖4a、 4b以不同的比例再次顯示了記錄的電
20勢分布e14、 eu的受干擾區(qū)域；與之對比，在圖3a、 3b中顯示的電勢 分布e14、 eu的圖表的未受干擾的區(qū)域在圖5a、 5b中再次表現(xiàn)出來， 而在圖6a中顯示了基于這種測量信號記錄的譜。
對于這種利用磁感應(yīng)流量計(jì)獲得的測量信號的研究顯示，對于大 量應(yīng)用情況，可以基于測量信號的噪聲部分至少對于警報(bào)生成足夠精 確地測定位于測量管中的介質(zhì)的流型。另外，進(jìn)一步的研究顯示，對 于大量與流型相關(guān)的干擾電勢，測量信號的有效及噪聲部分可以令人 驚異地容易地在從有效/噪聲譜出發(fā)在離散譜范圍內(nèi)彼此分離，至少如 圖6b中的例子所示，從有效/噪聲譜可以直接得到與有效部分基本隔絕 的噪聲譜。對流型確定有意義的頻率范圍大致位于0~500 Hz。這例如 意味著流型的測定也可以基于提取的數(shù)字形式存在的噪聲部分而與測 量值的測定相獨(dú)立地進(jìn)行。另外，可以確定，在頻域中例如通過譜幅 度密度或譜功率密度顯示的噪聲部分的信號功率顯著依賴于瞬時(shí)位于 測量管中的流型，這在操作期間使得能夠例如通過與不同的先前測定 的不同流型的噪聲功率的比較而基于瞬時(shí)譜功率密度識別瞬時(shí)流型。 例如，在利用同樣的介質(zhì)在恒定的流量下具有不同氣體分量而記錄的 噪聲譜(參見圖7a)或者在可變的流量和恒定的氣體分離的情況下記 錄的噪聲譜(參見圖7b)的比較中，可以確定， 一方面噪聲譜顯示了 標(biāo)記的極限頻率，在該極限頻率之上譜噪聲功率明顯在高頻降低并且 因而至少平均來講不再會超過預(yù)定的閾值；另一方面，上述極限頻率 之下的譜噪聲功率確實(shí)隨著流速增加而在頻率部分總是變小，但極限 頻率自身移向更高的頻率。于是，噪聲譜具有低頻帶部分和高頻帶部
分；其中低頻帶部分位于可用作參考頻率的當(dāng)前極限頻率之下，該極 限頻率特別是可變的和/或受到介質(zhì)流型影響的，在該低頻帶部分之內(nèi)，
噪聲部分當(dāng)前至少平均來講超過預(yù)定的最小電平；其中高頻帶部分位 于極限頻率之上，在該高頻帶部分之內(nèi)，噪聲部分當(dāng)前至少平均來講 低于預(yù)定的最小電平。
考慮到這一點(diǎn)，可以由此得到，基于譜幅度曲線，特別是還基于特別是噪聲部分的譜功率密度，可以檢測測量管中瞬時(shí)出現(xiàn)的流型， 至少分析單元利用它可以估計(jì)與流型相關(guān)的干擾是否存在，甚至估計(jì)
干擾的程度。這里，在測量管中瞬時(shí)主要存在的介質(zhì)被指定地越精確， 基于噪聲譜的流型估計(jì)越準(zhǔn)確。至少對于可以假設(shè)介質(zhì)己知的情況， 還可以直接校正測量信號的干擾或者由此得到的測量值。
基于前述發(fā)現(xiàn)，為了確定至少一個(gè)流型，利用數(shù)字信號確定至少 主要對應(yīng)于測量信號的噪聲部分的噪聲譜，特別是頻帶受限的噪聲譜。 進(jìn)一步，在本發(fā)明的測量儀表的情況中，至少應(yīng)用一部分噪聲譜確定 狀態(tài)值，其用信號至少量化地特別是盡可能實(shí)時(shí)地表示在測量管中瞬 時(shí)存在的流型。
相應(yīng)地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中進(jìn)一步提出，至少為了基于噪 聲譜而確定狀態(tài)值，合適地將測量信號的有效及噪聲部分彼此分離。 為此，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，通過應(yīng)用數(shù)字信號，至少對于感興 趣的頻率范圍(圖6a)，例如通過令數(shù)字信號或由此得到的采樣序列 AF的至少一部分經(jīng)歷離散傅立葉變換，而預(yù)先確定測量信號的離散有
效/噪聲譜，其既對應(yīng)于測量信號的噪聲部分也對應(yīng)于有效部分。基于
有效/噪聲譜，例如通過基于數(shù)字信號和/或由此得到的采樣序列AF而 確定測量信號的至少主要對應(yīng)于測量信號有效部分的有效譜，可以確 定測量信號的噪聲譜，這特別地是在有效/噪聲譜中考慮了磁場控制或 者與其相連的測量值生成中的時(shí)鐘頻率的整數(shù)倍而進(jìn)行的。測量信號 的主要對應(yīng)于有效部分的有效譜被合適地從有效/噪聲譜中除去。這在 圖6顯示的例子中基本對應(yīng)于位于時(shí)鐘頻率及其整數(shù)倍處的局部指數(shù) 幅度峰值。將有效譜從有效/噪聲譜中除去可以以簡單的方式例如通過 令有效/噪聲譜經(jīng)歷中值濾波而實(shí)現(xiàn)。
在應(yīng)用與流型確定所感興趣的頻率范圍相比更高的采樣頻率(通 常，這里的采樣頻率要高出10至100倍)時(shí)，數(shù)字化的測量信號uD 的向下采樣對于減小數(shù)據(jù)率是具有優(yōu)點(diǎn)的。適合的下采樣器可以例如包括構(gòu)造為半帶濾波器且特別是進(jìn)一步對噪聲譜進(jìn)行頻帶限制的契比
雪夫(Tschebyscheff)高階(>30) FIR濾波器，其對于數(shù)字信號uD以 因數(shù)2減少，其中下采樣器還可以應(yīng)用于減少的數(shù)字信號。相應(yīng)地， 相應(yīng)的減少的釆樣序列存儲在存儲器中并且經(jīng)歷傅立葉變換。
基于特別是單獨(dú)存在的噪聲譜，可以進(jìn)行自動檢測，即識別是否 存在預(yù)定的流型和/或量化干擾的程度，特別是其對于測量精確度的影 響。例如，可以預(yù)先將在這里也代表流型的在典型干擾的情況下記錄 的噪聲譜(圖7a、 7b)擬合入相應(yīng)的數(shù)學(xué)信號模式。以具有優(yōu)點(diǎn)的方 式，信號模型可以被選擇為依賴于各自所代表的(典型)流型而僅僅 在它們各自的模型參數(shù)的具體表達(dá)式方面彼此不同，而例如在它們的 階數(shù)方面相同構(gòu)成。這種適于在線檢測流型的信號模型可以例如是簡 單的對于全部所用噪聲譜的擬合曲線和/或近似僅僅單獨(dú)選擇的噪聲譜 片段的擬合曲線。對于圖7a、 7b中以例子顯示的噪聲譜，至少當(dāng)使用 以IO為底的對數(shù)頻率值和幅度值時(shí)，合適的非常簡單的信號模型例如 (正如作為例子在圖8a中對于流型"沒有氣體成分的水"、在圖8b 中對于流型"具有氣體的水"以及圖8c對于流型"具有氣體的漿液" 所顯示的)可能由兩條擬合直線的兩個(gè)等式構(gòu)成，這兩條擬合直線是 利用相應(yīng)的擬合計(jì)算(例如最小二乘法)在所述的極限頻率之下或之 上的雙對數(shù)繪出的譜片段中得到的。
相應(yīng)地，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，為了確定至少一個(gè)狀態(tài)值， 對于噪聲譜確定至少一個(gè)當(dāng)前的參考頻率。參考頻率可以例如是所述 的極限頻率，在該極限頻率之上噪聲譜至少平均上不再超過對于譜幅 度值的預(yù)定閾值。另一個(gè)適于確定瞬時(shí)狀態(tài)值的模型參數(shù)還可以使用 噪聲譜的梯度值，其代表噪聲部分譜幅度密度的至少一個(gè)特別是位于 極限頻率之上的部分依賴于頻率的改變。對于圖7a、 7b中顯示的噪聲 譜，例如在這個(gè)極限頻率之上的擬合曲線的斜率可以用作梯度值；關(guān) 于這一點(diǎn)，參見圖8a、 8b或8c。作為參考頻率和/或梯度值的替代或補(bǔ) 充，例如低頻帶和/或高頻帶的平均譜功率密度也可以用作對于各個(gè)頻
23帶的模型參數(shù)。相應(yīng)地，為了確定至少一個(gè)狀態(tài)值，根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，特別是通過應(yīng)用至少一部分噪聲譜，確定至少測量信號噪 聲部分的譜功率密度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，能夠很好地適用于在線檢測當(dāng)前流 型的模型參數(shù)的是被稱作噪聲數(shù)的波形因數(shù)，其對應(yīng)于噪聲部分低于 極限頻率的頻率部分的譜信號功率?？紤]到正如所述的，噪聲譜的瞬 時(shí)極限頻率還依賴于瞬時(shí)流量，關(guān)于當(dāng)前流量測量值的當(dāng)前參考頻率
也可以用作對于瞬時(shí)流型的指示。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，為了確定至少一個(gè)狀態(tài)值，還對于高 于參考頻率的高頻帶部分確定至少一個(gè)區(qū)分地代表低頻帶部分與高頻
帶部分的模型參數(shù)。在本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展中，除了代表高頻帶部分 的模型參數(shù)之外，還對于低于參考低頻的低頻帶部分確定至少一個(gè)模 型參數(shù)。以具有優(yōu)點(diǎn)的方式，代表兩個(gè)頻帶的兩個(gè)模型參數(shù)可以具有 相同的類型，從而它們可以直接相互比較。作為替代或者補(bǔ)充，為了 確定至少一個(gè)狀態(tài)值，還可以將至少一個(gè)這樣的模型參數(shù)用于測量信 號，其當(dāng)前代表在整個(gè)噪聲譜內(nèi)噪聲部分的信號特征，例如是整個(gè)噪 聲譜的信號功率。
作為經(jīng)常出現(xiàn)的流型，水狀液體中出現(xiàn)氣泡可以例如以以下的方 式被基于所述的模型參數(shù)而以簡單的方式直接得到檢測將操作期間 對于測量信號瞬時(shí)確定的噪聲數(shù)以及梯度值分別與相關(guān)的對此狀態(tài)預(yù) 定的重要參考值進(jìn)行比較。對于噪聲數(shù)大于預(yù)定的最小噪聲數(shù)并且梯 度值小于預(yù)定的最大梯度值的情況，可以認(rèn)為在介質(zhì)中存在氣泡并且 因而可以發(fā)出相應(yīng)地用信號表示這一狀態(tài)的狀態(tài)值。特別是當(dāng)極限頻 率如上所述依賴于流量(這例如由當(dāng)前參考頻率與當(dāng)前流量測量值的 比例幾乎不波動或者僅僅略微波動所代表)時(shí)，特別是這樣的。相應(yīng) 地，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，基于對噪聲譜的至少一個(gè)模型參數(shù)與 相應(yīng)對其預(yù)定的總噪聲參考值的比較，特別是應(yīng)用當(dāng)前參考頻率和代
表高頻帶部分的模型參數(shù)(特別是以高頻帶的梯度值或平均譜功率密 度為形式給出的模型參數(shù))，確定狀態(tài)值。進(jìn)一步，在本發(fā)明的進(jìn)一
24步發(fā)展中，還考慮當(dāng)前和/或較早確定的主要測量值來生成狀態(tài)值。代 替這里作為例子描述的水中有氣泡的情況，本方法還可應(yīng)用于在線識 別其他重要流型，如果需要將考慮對于高階信號模型的其他模型參數(shù)。 作為所述的參數(shù)信號模型的補(bǔ)充或者替代，如果需要還可以對于相關(guān) 的噪聲譜使用其他分類器，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于協(xié)方差分析的多元分 類器、或者模糊網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)用戶的興趣，狀態(tài)值以及相應(yīng)的為了確定它而實(shí)現(xiàn)的方法可 以僅僅采用幾個(gè)量化描述流型的離散的值。例如，狀態(tài)值的確定可以 這樣進(jìn)行狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)當(dāng)前是否被看作基本為單相并因而 是均勻的，或者瞬時(shí)位于測量管中的介質(zhì)是否更可能是兩相或多相的。 根據(jù)實(shí)際過程的知識，狀態(tài)值還可以用信號表示介質(zhì)是否具有至少一 個(gè)和/或基本兩個(gè)流體相。相應(yīng)地，狀態(tài)值還可以例如用信號表示介質(zhì) 具有至少一個(gè)氣相和至少一個(gè)液相。在存在更多的有關(guān)實(shí)際過程特性 的知識的情況，如果需要，狀態(tài)值還可以量化地代表干擾的量度，例 如液體中的氣體比例。
另外，己知所檢測的流型的影響，狀態(tài)值還可以用于適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償 在測量管中瞬時(shí)檢測的流型對于測量信號并因而對于主要測量值的精 度的影響，并從而更準(zhǔn)確地確定主要測量值。這可以例如如下實(shí)現(xiàn) 將瞬時(shí)確定的狀態(tài)值與至少一個(gè)代表介質(zhì)預(yù)定流型(特別是流量計(jì)安 全操作和/或?qū)崿F(xiàn)預(yù)定精度所要求的流型)的預(yù)定狀態(tài)參考值進(jìn)行比較， 并且基于比較而發(fā)出至少一個(gè)警報(bào)，該警報(bào)用特別是可視地和/或可觀 的信號表示當(dāng)前確定的流型偏離預(yù)定流型。如果需要，與之相伴隨地， 有時(shí)還完全中斷主要測量值的產(chǎn)生或輸出。
這里應(yīng)當(dāng)注意，產(chǎn)生主要測量值以及確定狀態(tài)值所需的分析方法 都可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式(例如作為微處理器30中運(yùn)行的 計(jì)算機(jī)程序)實(shí)現(xiàn)。為此所需的程序代碼可以在分析級3的特別是永
久可寫的存儲器36 (例如EPROM、閃速EEPROM或EEPROM)中實(shí)施，微處理器30在操作期間對其進(jìn)行訪問以讀取數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，傳統(tǒng)的流量換能器以及傳統(tǒng)的運(yùn)算電路都可以用于實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明。傳統(tǒng)的分析電路可以在合適地修改軟件后繼續(xù)使用。
權(quán)利要求
1.用于操作磁感應(yīng)流量計(jì)的方法，該方法包括以下步驟-令待測介質(zhì)流經(jīng)流量計(jì)的測量管；-產(chǎn)生至少部分以隨時(shí)間改變的強(qiáng)度貫穿測量管中的介質(zhì)的磁場，特別是周期性磁場，使得在介質(zhì)中至少間歇地特別是周期性地感生測量電壓；-至少間歇地特別是周期性地利用由第一和第二測量電極形成的電極對而量取在介質(zhì)中感生的測量電壓，以產(chǎn)生至少一個(gè)對應(yīng)于該測量電壓的模擬測量信號，其中該測量信號具有基本對應(yīng)于介質(zhì)瞬時(shí)流速的有效部分以及至少部分受到流動介質(zhì)中的當(dāng)前干擾影響的噪聲部分；以及-測定位于測量管中的介質(zhì)的流型，該流型由流動介質(zhì)的瞬時(shí)流動剖面和/或瞬時(shí)組成確定，其中測定流型的步驟進(jìn)一步包括以下步驟--產(chǎn)生代表至少一個(gè)測量信號的數(shù)字信號；--通過應(yīng)用該數(shù)字信號，測定測量信號的至少主要對應(yīng)于噪聲部分的噪聲譜，特別是頻帶受限的噪聲譜；以及--通過應(yīng)用至少一部分噪聲譜，測定至少一個(gè)狀態(tài)值，其至少量化地特別是盡可能及時(shí)地用信號表示測量管中存在的流型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，測定測量信號的噪聲譜的 步驟進(jìn)一步包括分離有效部分與噪聲部分的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，有效部分與噪聲部分的分 離至少部分是通過應(yīng)用數(shù)字信號而進(jìn)行的。
4. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，測定測量信號的噪 聲譜的步驟進(jìn)一步包括通過應(yīng)用數(shù)字信號而測定測量信號的有效/噪聲 譜的步驟，該有效/噪聲譜既對應(yīng)于測量信號的噪聲部分也對應(yīng)于測量 信號的有效部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步包括從有效/噪聲譜中除去測量信號的至少主要對應(yīng)于有效部分的有效譜的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，為了從有效/噪聲譜中除去有效譜，令有效/噪聲譜經(jīng)歷中值濾波。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟包括測定測量信號的至少噪聲部分的譜功率密度的步驟。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，測量信號的至少噪聲部分的譜功率密度的測定是通過應(yīng)用至少一部分噪聲譜而進(jìn)行的。
9. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟包括測定至少一個(gè)用于測量信號的模型參數(shù)的步驟，其中該模型參數(shù)當(dāng)前代表在整個(gè)噪聲譜之內(nèi)噪聲部分的信號特征。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟還包括將模型參數(shù)與對該模型參數(shù)預(yù)先給定的模型參考值比較的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的方法，其中，至少一個(gè)模型參數(shù)代表噪聲部分的譜功率密度。
12. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，噪聲譜具有位于當(dāng)前參考頻率之下的低頻帶部分，該參考頻率特別是可變的并且/或者由介質(zhì)的流型改變，其中在低頻帶部分之內(nèi)，噪聲部分當(dāng)前至少平均超過預(yù)先給定的最小電平，噪聲譜還具有位于參考頻率之上的高頻帶部分，其中在高頻帶部分之內(nèi)，噪聲部分當(dāng)前至少平均低于所述預(yù)先給定的最小電平。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟包括測定當(dāng)前參考頻率的步驟。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟還包括測定至少一個(gè)可區(qū)分地代表高頻帶部分與低頻帶部分的模型參數(shù)的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，測定至少一個(gè)狀態(tài)值的步驟還包括將當(dāng)前的模型參數(shù)與對該模型參數(shù)預(yù)先給定的參考值相比較的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中，至少一個(gè)模型參數(shù)是梯度值，其代表噪聲部分的譜幅度密度依賴于頻率的改變。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12或13結(jié)合權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，至少一個(gè)狀態(tài)值是通過應(yīng)用當(dāng)前參考頻率和代表高頻帶部分的模型參數(shù)而測定的。
18. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，噪聲譜是頻帶受限的。
19. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，還包括令至少一部分?jǐn)?shù)字信號經(jīng)歷離散傅立葉變換的步驟。
20. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步包括令至少一部分?jǐn)?shù)字信號經(jīng)歷離散傅立葉變換的步驟。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步包括基于數(shù)字信號測定測量信號的至少主要對應(yīng)于有效部分的有效譜的步驟。
22. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)具有至少一個(gè)流體相。
23. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)基本是單相的。
24. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)是多相的。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)基本是兩相的。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)基本具有兩個(gè)流體相。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24~26之一所述的方法，其中，狀態(tài)值用信號表示介質(zhì)具有至少一個(gè)氣相和一個(gè)液相。
28. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括通過使用測量信號產(chǎn)生至少一個(gè)測量值的步驟，該測量值量化地代表待測介質(zhì)的要檢測的測量變量。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，還通過應(yīng)用數(shù)字信號而產(chǎn)生該測量值。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，還通過應(yīng)用狀態(tài)值而產(chǎn)生該測量值。
31. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括將狀態(tài)值與至少一個(gè)預(yù)先給定的狀態(tài)參考值進(jìn)行比較的步驟，該預(yù)先給定的狀態(tài)參考值代表介質(zhì)的預(yù)先給定的特別是對于流量計(jì)的安全操作和/或預(yù)定測量精度所要求的流型。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，進(jìn)一步包括基于狀態(tài)值與至少一個(gè)預(yù)先給定的狀態(tài)參考值的比較而觸發(fā)警報(bào)的步驟，其中警報(bào)特別是以視覺和/或聽覺上可察覺的方式用信號表示當(dāng)前測定的流型偏離預(yù)先給定的流型。
33. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，產(chǎn)生以隨時(shí)間改變的強(qiáng)度至少部分貫穿測量管中的介質(zhì)的特別是周期性的磁場的步驟包括令特別是雙極性的勵磁電流(I)流經(jīng)流量計(jì)的運(yùn)算電路(21)并流經(jīng)磁場系統(tǒng)的步驟，其中該磁場系統(tǒng)布置在測量管(11)上并且至少暫時(shí)連接至運(yùn)算電路。
34. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其中，測定測量信號的噪聲譜的步驟進(jìn)一步包括存儲至少一部分?jǐn)?shù)字采樣序列(AF)以產(chǎn)生數(shù)據(jù)集(DS。的步驟，該數(shù)據(jù)集瞬時(shí)代表測量信號(u)在可預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)的時(shí)間分布。
全文摘要
在本發(fā)明的方法中，令待測介質(zhì)流經(jīng)流量計(jì)的測量管，并且產(chǎn)生至少部分以隨時(shí)間改變的強(qiáng)度貫穿測量管中的介質(zhì)的磁場，使得在介質(zhì)中至少間歇地特別是周期性地感生測量電壓。在介質(zhì)中感生的測量電壓至少間歇地被利用由第一和第二測量電極形成的電極對而量取，用于產(chǎn)生至少一個(gè)對應(yīng)于測量電壓的模擬測量信號，并且通過應(yīng)用代表至少一個(gè)測量信號的數(shù)字信號而測定由流動介質(zhì)的瞬時(shí)流動剖面和/或瞬時(shí)組成確定的位于測量管中的介質(zhì)的流型?；跍y量信號具有基本對應(yīng)于介質(zhì)瞬時(shí)流速的有效部分以及至少部分受到流動介質(zhì)中的當(dāng)前干擾影響的噪聲部分，測定測量信號的與噪聲部分相對應(yīng)的噪聲譜，以及通過應(yīng)用至少一部分噪聲譜測定至少一個(gè)狀態(tài)值，其至少量化地用信號表示在測量管中存在的流型。
文檔編號G01F1/58GK101657699SQ200880010577
公開日2010年2月24日 申請日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者弗蘭克·施馬爾茨里德, 沃爾夫?qū)さ吕漳?申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司