[发明专利]用于测量介质流速的测量装置和测量方法

说明书

描述

本发明涉及一种用于在由磁场穿过的体积中测量导电介质的流速的测量装置，所述测量装置具有用于产生磁场的器件、至少两个电极和评估单元，所述评估单元评估来自电极的信号并计算流速。

本发明还涉及一种用于在由磁场穿过的体积中测量导电介质的流速的方法。

这种用于测量介质流速的方法和测量装置长期以来以术语“磁感应流量测量”已知。这里，磁感应流量计通常具有测量管，导电介质流动通过所述测量管。磁场通常通过线圈或永磁体产生。根据法拉第定律，在磁场中运动电荷的分离会发生在这种情况下。所述至少两个电极通常设置在测量管的相对的两侧并且测量电压，所述电压在理想情况下与载荷子的流动速度成比例，就是说与导电介质的流速成比例。该方法的前提条件是仅有非常低的导电性，这样例如也可以确定自来水的流速。

待测量的信号可以电流式或电容式地去耦。对于电流式去耦，电极与介质电接触。因此，在这种情况下，要求介质有一定的最低导电性。此外，电极由于其持续与介质接触必须是足够抗腐蚀的。对于电容式的信号去耦，电极构造成电容器的大面积的板并位于管的外侧，就是说它们不与介质接触。

当前通常使用的这种测量装置使用通过电磁铁产生的交变电磁场来产生所需的磁场。这导致在电极上出现感应干扰电压。必须通过滤波器有目的地抑制所述干扰电压。为了实现简单且能量高效的运行，由此希望，以交变电压工作的电磁铁用具有静磁场的永磁体替代。然而，在使用永磁体时可能会观察到附加的测量误差，所述测量误差表现为电极上测得的感应生成的电压的漂移。这种漂移是随时间变化的、随机的直流电压值，所述直流电压值与实际的感应生成的测量值叠加。产生这种测量误差的原因可能是静电电荷或电化学电荷。这种测量误差无法利用统计学方法计算消除。

因此本发明的目的是，提供一种开头所述类型的测量装置和方法，在所述方法中不会由于这种测量误差使得对介质流速的测量失真。

根据本发明的第一方面，这样来实现所述目的，即，测量装置的所述至少两个电极与开关连接，所述开关构造成用于短接各电极。

根据本发明的另一个方面，通过开头所述类型的方法这样来实现所述目的，其中，电极在第一时段、特别是在0.3至1秒之间的时段期间短接，在第二时段、特别是1至3秒之间的时段期间断开所述短接，读出电极的有效信号并基于所读出的有效信号计算流速。

这种新的方法和新的测量装置基于这样的认知：所述静电电荷和电化学电荷在测量装置的电极上出现，特别是在电极的表面附近出现。然而，通过根据本发明的开关可以降低(中和)所述电荷，其方式是，所述开关将所述电极短接并以这种方式强制实现电势平衡。这样当重新取消所述短接时，可以假定在这个开关操作后立即形成的、电极之间的电势差可以归因于磁感应，从而代表了通过流量的量度。所述电化学和静电的过程这里不会导致测量误差，因为所述过程较为缓慢地起作用并且在断开短接之后的最初才缓慢地重新建立。这里，信号去耦是按照电流原理还是电容原理起作用并不重要。在所述短接断开后，这里可以按由现有技术已知的方法对测得的信号进行分析评估。

因此可以以经济的方式提供一种具有较高精度的测量装置。由此可以完全实现上述目的。

在本发明的优选实施形式中，所述开关是电子开关。与机械开关(例如继电器)不同，电子开关的突出之处在于较小的能量需求、高的使用寿命、短的开关时间和小的泄漏电流。根据本发明使用的开关通常总是或者处于断开状态或者处于闭合状态，该开关具有非常短的切换阶段，这仅是由技术上引起的。在本发明的另一个实施形式中，还可以设置为在锁定闭合状态之间进行有目的的连续过渡。

在另一个实施形式中，所述开关包括至少一个晶体管。因此，所述开关可以仅由晶体管构成，或者具有晶体管和另外的器件。

在优选实施形式中，所述开关包括至少一个金属-氧化层半导体场效晶体管(MOFET)、特别是互补型金属氧化物半导体集成电路(CMOS-IC)中的MOSFET。MOSFET的突出之处在于短的开关时间和低的开关电阻。此外它们能够特别经济地被制造。

在本发明的一个实施形式中，设置为，所述开关在断开状态下具有至少10G欧姆、特别是至少100G欧姆的电阻。由于在开关的断开状态下进行信号的测量，但所述开关仍与电极连接，不应由于断开的开关过低的电阻使得来自电极的信号失真或减弱。否则需要对来自电极的信号进行较高的放大，但这也会导致对干扰信号较高的放大。