[发明专利]用于在向被供送通过的测量体积施加磁场的情况下测量介质的流速的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在向被供送通过的测量体积施加磁场的情况下测 量介质的流速的方法。特别是，本发明涉及这样一种方法，该方法还允许 使用随时间恒定的磁场。

背景技术

实际中，磁感应式流动或流量测量技术的原理自身已被 证明是极其突出的。与其他的测量原理相比，它具有许多优点；例如，测 量值与密度、粘度无关，且在某些限制内还与流动特性和介质的电导率无 关，只要电导率超过近似1μS/cm的最小值即可。此外，根据这种原理工 作的传感器也可在测量体积中免去任何收缩部或死区。因此，它们还适合 于测量带有固体的脏的液体流。在适当地选择电绝缘内壁衬里和信号解耦 (Signalauskopplung)的类型的情况下，它们还可用于侵蚀性和腐蚀性流体。

在大多数的情况下，使用的是电流信号解耦，其中，长条形或球形帽 状的金属电极与介质直接(电流)接触，所述电极通过利用穿过管内壁的 贯穿通道设置，且具有小的直径(通常数毫米)。它们必须设有相对于管壁 的可靠密封件。这种类型的解耦由于可靠和简单的设置而突出，但在电极 和密封件处易受化学攻击、沉积和磨损。对高的工作温度的控制需要精细 调节电极材料和壁材料的热膨胀系数。

这些不足可通过电容信号解耦得到避免。在这种情况下，电极不与介 质接触，介质就其而言仅与管内壁接触。因此，设计目标被简化为选择足 够耐用的内壁材料。

所描述的磁感应式流量传感器的优点-连同由信号解耦的类型决定的 两种模式-是磁感应测量原理具有大的应用范围的原因所在。然而，这些 优点与产生磁场所需的显著大的能量花费的缺点相矛盾。两种模式都需要 可随时间变化的磁场，以便-如在电流信号解耦的情况下-用于消除干扰性 的电化学势，或对于原理上的物理原因-如在具有确定的耦合电容的电容信 号解耦的情况下-用于从根本上实现信号解耦。这些场可仅由一个电磁体产 生。因此，在现有的磁感应流量和流动传感器的情况下，对产生磁场的能 量需求几乎总是由电能网络满足。

然而，这违背了传感器技术的未来发展的当前趋势，未来发展的当前 趋势的特点是，对于所谓的“能量自给”系统产生巨大兴趣，所述“能量 自给”系统由不依赖于电网的能量源(电池、蓄电池、太阳能电池等)满 足它们的能量需求，且在该过程中可达到至少五年的使用寿命。

因此，显而易见的是，在能量自给方面合适的测量方法只有在可单独 地使用永久磁体的基础上根据磁感应原理才能令人信服地实施。

对于以电容信号解耦的流动和流量传感器，已存在相应的解决方案的 建议。

因此，例如在DE10221677A1中建议用永久磁场替代可随时间变化的 磁场、以及用这样的耦合电容替换之前固定的耦合电容，所述这样的耦合 电容可以以可预定的时间周期控制，且就它们而言允许在同一时间周期中 进行电容信号解耦。

在DE102005043718A1中描述了一种替代方案，其中，信号解耦通过 可控的半导体-优选场效应晶体管(FET)-提供，感应电压直接作用在设 有绝缘层的其栅上，其中，栅与测量介质接触。这种实际上无电流的测量 方法避免了电容器的另外必须的充电，其中，对充电进行估计以作为流速 的度量。然而，它仍被看作是电容方法，其中，要在栅极处测量的电压精 确地模拟该充电。优点在于，甚至小的流速变化也会在永久磁场中产生可 容易测量到的信号。

因此，乍一看并不觉奇怪的是：基于永久磁场和FET的测量装置在恒 定流速下的作为信号解耦的测量信号是随时间恒定的水平值与可随时间绕 着水平值变化的轻微波动的叠加。这种类型的信号本身从最早的MID公知， 其中，使用了永久磁体和电流解耦。这些波动通过使用测量技术抑制或以 多种公知方式在计算时消除。

然而，经再三考虑后，本领域的技术人员可以看出，在两种类型的解 耦中的波动的物理原因可能明显不同。例如，最终探测空间平均的电场的 FET处的用于信号的局部电荷分布的随机变动不是非常重要的，但这对实际 上为点状的电流电极却有着明显的影响。在FET解耦的情况下，甚至其他 材料影响、特别是杂质远不如在电流解耦的情况下那么重要。

在这两种情况下，信号波动的唯一的某一共同原因是，流体运动由于 湍流而遭受破坏。因为即使在流体固有的层流的情况下，也会例如由于管 内壁的粗糙度等原因使流速产生小的波动。