Способ работы устройства измерения процесса и магнитно-индуктивный расходометр

Способ работы устройства измерения процесса и магнитно-индуктивный расходометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу работы устройства измерения процесса, с помощью которого подлежит измерению, по меньшей мере, одна физическая величина, в частности, расход, вязкость или т.п. находящейся в технологическом резервуаре или протекающей в технологической линии среды. В частности, изобретение относится к способу работы магнитно-индуктивного расходомера, с помощью которого подлежит измерению объемный расход электрически проводящей и текучей жидкости, а также к магнитно-индуктивному расходомеру.

В промышленной измерительной технике управления процессами, в частности также в связи с автоматизацией химических и технологических процессов, для создания аналоговых или цифровых измерительных сигналов, представляющих параметры процесса, применяются на месте, т.е. установленные вблизи места выполнения процессов устройства измерения процессов, так называемые полевые измерительные приборы. Примеры таких само по себе известных для специалистов в данной области техники измерительных приборов подробно описаны в ЕР-А 984248, ЕР-А 1158289, US-A 3878725, US-A 4308754, US-A 4468971, US-A 4524610, US-A 4574328, US-A 4594584, US-A 4617607, US-A 4716770, US-A 4768384, US-A 4850213, US-A 5052230, US-A 5131279, US-A 5231884, US-A 5359881, US-A 5363341, US-A 5469748, US-A 5604685, US-A 5687100, US-A 5796011, US-A 6006609, US-B 6236322, US-B 6352000, US-B 6397683, WO-A 8802476, WO-A 8802853, WO-A 9516897, WO-A 0036379, WO-A 0014485, WO-A 0102816 или WO-A 02086426.

Подлежащие измерению величины процесса могут представлять, например, объемный расход, массовый расход, плотность, вязкость, уровень заполнения или предельный уровень, давление или температуру или т.п. жидкой, порошковой, парообразной или газообразной среды, которая находится в соответствующем резервуаре процесса, как, например, трубопроводе или баке, или проходит через него.

Для измерения соответствующих параметров процесса измерительное устройство имеет соответствующий, в большинстве случаев физико-электрический датчик, который установлен в стенке содержащего текучую среду процесса резервуара или в ходе пропускающей среду процесса магистрали и который служит для создания, по меньшей мере, одного возможно точно представляющего первичный измеряемый параметр, в частности, электрического измерительного сигнала. Для этого датчик соединен с соответствующим, в частности, служащим для дальнейшей обработки или оценки по меньшей мере одного измерительного сигнала электронным блоком измерительного устройства. Он имеет обычно возбуждающую датчик рабочую схему, а также обрабатывающую и вычислительную схему для дальнейшей обработки его измерительных сигналов.

Технологические измерительные устройства указанного типа в большинстве случаев соединены через подключенную к электронному блоку систему передачи данных друг с другом и/или с соответствующими управляющими вычислительными устройствами, в которые они передают измерительные сигналы, например, через петлю тока (4 мА-20 мА) и/или через шину передачи цифровых данных. При этом в качестве системы передачи данных служат, в частности, последовательные системы полевых шин, такие как, например, PROFIBUS-PA, FOUNDATION FIELDBUS, а также соответствующие протоколы передачи. С помощью управляющего вычислительного устройства можно подвергать дальнейшей обработке переданные измерительные сигналы и отображать в качестве соответствующих результатов измерения, например, на мониторах, и/или преобразовывать в управляющие сигналы для технологических исполнительных элементов, таких как, например, магнитные клапаны, электродвигатели и т.д.

Для размещения электронного блока такие измерительные устройства дополнительно содержат корпус для электронного блока, который, как предлагается, например, в US-A 6397683 или WO-A 0036379, может быть расположен на удалении от измерительного устройства и соединен с ним через гибкую линию, или, как показано, например, в ЕР-А 903651 или ЕР-А-1008836, непосредственно у датчика или в корпусе для отдельного датчика. В этом случае корпус для электронного блока часто служит, как показано, например, в ЕР-А 984248, US-A 4594584, US-A 4716770 или US-A 6352000, также для размещения механических компонентов датчика, таких как, например, деформирующихся под воздействием механических нагрузок мембранных, стержневых, гильзообразных или трубных тел деформация или вибрации, смотри, например, указанный выше US-B 6352000.

Для измерения электропроводящих сред часто применяются расходомеры с магнитно-индуктивным датчиком расхода. В последующем речь пойдет для простоты лишь о датчиках расхода, соответственно, расходомерах. С помощью магнитно-индуктивных расходомеров можно измерять, как известно, объемный расход электропроводящей жидкости, протекающей в трубопроводе, и отображать в виде соответствующей величины измерения; таким образом, измеряется протекающий через поперечное сечение трубы в единицу времени объем жидкости. Конструкция и принцип действия магнитно-индуктивных расходомеров сами по себе известны специалистам и подробно описаны, например, в DE-A 4326991, ЕР-А 1275940, ЕР-А 1273892, ЕР-А 1273891, ЕР-А 814324, ЕР-А 770855, ЕР-А 521169, US-A 6031740, US-A 5487310, US-А 5210496, US-A 4410926, US-A 2002/0117009 или WO-A 01/90702.

Расходомеры описанного типа обычно имеют не ферромагнитную измерительную трубу, которая устанавливается в трубопровод герметично для жидкости, например, с помощью фланцев или винтовых соединений. Находящаяся в соприкосновении с жидкостью часть измерительной трубы является, например, электрически не проводящей, для исключения короткого замыкания напряжения, которое в соответствии с законом индукции Фарадея наводится пронизывающим измерительную трубу магнитным полем в жидкости. Поэтому металлические измерительные трубы обычно снабжают внутри электрически не проводящим слоем, например, из эбонита, полифторэтилена и т.д., а также обычно не ферромагнитным; при полностью состоящих из пластмассы или керамики, в частности, из керамики оксида алюминия, измерительных трубах, электрически не проводящий слой не требуется.

Магнитное поле создается с помощью двух катушечных систем, из которых в большинстве случаев каждая расположена снаружи на измерительной трубе на ее воображаемом диаметре. Каждая катушечная система состоит обычно из одной катушки без сердечника или одной катушки с магнитомягким сердечником. Для того чтобы создаваемое катушками магнитное поле было по возможности равномерным, в наиболее часто встречающемся случае и в простейшем случае они идентичны друг другу и включены последовательно электрически в одном направлении, так что во время работы через них может проходить одинаковый ток возбуждения. Однако описаны уже также случаи, в которых через катушки попеременно протекает ток возбуждения в одном или противоположном направлениях для обеспечения измерения, например, вязкости жидкостей и/или степени турбулентности потока, смотри, например, ЕР-А 1275940, ЕР-А 770855 или DE-A 4326991. Указанный выше ток возбуждения создается рабочим электронным блоком; его регулируют на постоянное значение тока, например, 85 мА, и направление тока периодически изменяют. Изменение направления тока достигается за счет того, что катушки расположены в так называемой Т-схеме или в так называемой Н-схеме; регулирование тока и изменение направления тока описано в US-A 4410926 или US-A 6031740.

Указанное индуцированное напряжение возникает, по меньшей мере, между двумя гальваническими, то есть смачиваемыми жидкостью, или, по меньшей мере, между двумя емкостными, т.е. расположенными, например, внутри стенки измерительной трубы измерительными электродами, при этом каждый из электродов отводит для себя потенциал. В наиболее частом случае измерительные электроды расположены диаметрально противоположно так, что их общий диаметр находится перпендикулярно направлению магнитного поля и тем самым перпендикулярно диаметру, на котором лежит катушечная система. Индуцированное напряжение усиливается и с помощью обрабатывающей схемы преобразуется в измерительный сигнал, который регистрируется, отображается или подвергается в свою очередь обработке. Соответствующие измерительные электронные блоки также известны для специалистов в данной области техники, например, из ЕР-А 814324, ЕР-А 521169 или WO-A 01/90702.

В принципе, абсолютная величина потенциала на соответствующем электроде не имеет значения для измерения объемного расхода, однако лишь при условии, что, с одной стороны, потенциалы лежат в диапазоне управления подключенного к измерительным электродам дифференциального усилителя, т.е. что этот усилитель не должен быть перегружен этими потенциалами, и что, с другой стороны, частота изменения потенциалов значительно отличается от частоты указанного изменения направления тока.

Потенциал на каждом электроде зависит не только от магнитного поля на основе закона Фарадея, - в эту зависимость входят геометрические и пространственные размеры измерительной трубы и свойства жидкости, - но также на основанный на законе Фарадея и желательно по возможности чистый полезный измерительный сигнал накладываются, как уже указывалось в ЕР-А 1273892, а также ЕР-А 1273891, помеховые потенциалы различного происхождения, которые в свою очередь могут в значительной мере ухудшать результаты измерения.

Первый вид помеховых потенциалов возникает из индуктивных и/или емкостных наводок, которые исходят от катушечных систем и их подводящих проводов и которые изменяют электрический заряд емкости, которая существует на границе раздела между электродом и жидкостью. На основании несимметричности конкретной конструкции расходомера, в частности, относительно прохождения проводов к катушечным системам и измерительным электродам, помеховый потенциал одного электрода обычно отличается от помехового потенциала другого электрода.

Этот первый эффект может, с одной стороны, приводить к ограничению динамических характеристик указанного дифференциального усилителя. С другой стороны, на величину разницы помеховых потенциалов, обусловленной помеховым потенциалом каждого электрода, влияет разброс характеристик вследствие допусков на изготовление расходомеров. Устанавливаемая зависимость потенциалов измерительных электродов от скорости жидкости также частично обуславливается этим эффектом, поскольку при небольших скоростях указанные заряды на пограничном слое между электродом и жидкостью не снимаются жидкостью.

Другой вид помеховых потенциалов обуславливается частицами постороннего вещества или воздушными пузырьками, которые переносятся жидкостью и которые при попадании на электрод вызывают внезапное изменение потенциала. Длительность затухания зависит от вида жидкости и в большинстве случаев больше времени нарастания изменений.

Этот второй эффект также приводит к искажению полезного измерительного сигнала. Вызываемая этим погрешность зависит к тому же от потенциала электрода. Но поскольку этот потенциал, как указывалось выше, имеет разброс характеристик, то второй эффект накладывается на первый эффект, так что отдельные экземпляры расходомера проявляют очень различное поведение, что является, естественно, крайне нежелательным.

Третий вид помеховых потенциалов обуславливается, как уже описано, например, в US-A 5210496, отложениями на измерительных электродах, которые остаются на них от жидкости. Образование отложений сильно зависит от скорости жидкости. Различия в поведении отдельных экземпляров расходомеров могут дополнительно увеличиваться за счет образования отложений.

В ЕР-А 1273892 предложен способ работы магнитно-индуктивного датчика расхода, при этом возникновение указанных помеховых потенциалов любого вида предотвращается или по меньшей мере значительно уменьшается их действие за счет того, что по меньшей мере к одному из обоих измерительных электродов подаются по меньшей мере временно созданные с помощью вычислительной и обрабатывающей схемы импульсы напряжения. Применение этого способа может приводить преимущественно в однофазных или же хорошо смешанных многофазных жидкостях к значительному улучшению точности измерения магнитно-индуктивных расходомеров. Кроме того, например, в ЕР-А 337292 или WO-A 03/004977 описаны способы, в которых на измерительные электроды, в частности, за счет тактового короткого замыкания на массу или за счет приложения гармонического переменного напряжения, подается в течение длительного периода времени устраняющее помеховые потенциалы стирающее напряжение.

Однако недостатком описанного выше способа измерения, соответственно, соответствующего расходомера является то, что, например, в многофазных жидкостях с ярко выраженным разделением отдельных фаз жидкости или в тягуче-вязких жидкостях следует ожидать случайного, практически больше не подлежащего разумной оценке и тем самым едва поддающегося калибровке распределения всегда присутствующих частиц постороннего вещества или пузырьков воздуха. Соответствующим образом нельзя удалять с измерительных электродов в достаточной степени, по меньшей мере, помеховые потенциалы второго вида.

Поэтому задачей изобретения является создание способа, с помощью которого можно в значительной степени компенсировать в измерительном сигнале датчиков расхода вносимые помеховые потенциалы, в частности помеховые потенциалы второго вида, и тем самым создавать величину измерения, которая в значительной степени не зависит от таких помеховых потенциалов, в частности, от помеховых потенциалов второго вида.

Для решения этой задачи изобретение предлагает способ работы устройства измерения процесса, в частности магнитно-индуктивного расходомера, содержащего измерительную трубу, которую устанавливают в магистраль, через которую протекает, в частности, текучая среда, при этом способ содержит стадии:

- пропускания потока среды через измерительную трубу;

- пропускания электрического, в частности биполярного тока возбуждения, через рабочую схему расходомера для возбуждения расположенной на измерительной трубе и воздействующей на нее и/или на протекающую через нее среду систему возбуждения;

- создания, по меньшей мере, одного соответствующего физической величине измерения электрического измерительного сигнала с помощью расположенной на измерительной трубе системы датчиков;

- оцифровывания измерительного сигнала или по меньшей мере его части для создания цифровой последовательности считывания, которая представляет изменение во времени измерительного сигнала;

- запоминания по меньшей мере части цифровой последовательности считывания для создания первого комплекта данных, который в данный момент представляет изменение во времени измерительного сигнала внутри задаваемого интервала времени, а также

- обнаружение аномалии в изменении во времени измерительного сигнала, которая по меньшей мере частично вызвана содержащимся в измерительном сигнале, в частности импульсного помехового потенциала, посредством обнаружения группы данных внутри сохраненного первого комплекта данных, которая представляет в цифровом виде аномалию, а также

- выделения принадлежащих к группе данных из сохраненного первого комплекта данных для создания свободного от помех второго комплекта данных и

- определения представляющего величину протекающей среды значения измерения с применением второго комплекта данных.

Кроме того, изобретение относится к магнитно-индуктивному расходомеру для протекающей в магистрали среды, который содержит:

- вставляемую в магистраль измерительную трубу для пропускания текучей среды,

- вычислительную и обрабатывающую схему;

- питаемые вычислительной и обрабатывающей схемой средства для создания пронизывающего измерительную трубу магнитного поля с помощью расположенной на измерительной трубе и пропускающей ток возбуждения системы катушек;

- по меньшей мере два измерительных электрода для съема потенциалов, которые индуцируются в протекающей через измерительную трубу и пронизываемой магнитным полем текучей среде,

- по меньшей мере временно соединенные с измерительными электродами средства для создания по меньшей мере одного измерительного сигнала, выведенного из снимаемых потенциалов, а также

- средства для сохранения содержащего оцифрованные измерительные данные первого комплекта данных, который в данный момент представляет ход изменения измерительного сигнала внутри задаваемых интервалов времени,

при этом вычислительная и обрабатывающая схема

- на основании первого комплекта данных обнаруживает аномалию в измерительном сигнале, которая обусловлена по меньшей мере одним приложенным к измерительным электродам помеховым потенциалом,

- вычитает обнаруженную аномалию из сохраненного первого комплекта данных и создает свободный от обнаруженной аномалии второй комплект данных, и

- с помощью освобожденного от аномалии второго комплекта данных создает по меньшей мере один измерительный сигнал, который представляет физическую величину протекающей среды.

Согласно предпочтительному первому варианту выполнения способа, согласно изобретению, второй комплект данных содержит также первоначально содержащиеся в первом комплекте данных цифровые измерительные данные.

Согласно предпочтительному второму варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия обнаружения аномалии содержит стадию определения первого значения времени на основе первого комплекта данных, при этом значение времени представляет момент времени начала соответствующего помеховому потенциалу помехового напряжения.

Согласно предпочтительному третьему варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия определения первого значения времени содержит стадии сравнения цифровых данных первого комплекта данных с первым задаваемым пороговым значением и создания первой сравнительной величины, которая сигнализирует превышение порогового значения.

Согласно предпочтительному четвертому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия обнаружения аномалии содержит стадию определения второго значения времени на основе первого комплекта данных, при этом значение времени представляет момент времени исчезновения помехового напряжения.

Согласно предпочтительному пятому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия определения второго значения времени содержит стадии сравнения цифровых данных первого комплекта данных с задаваемым вторым пороговым значением и создания второй сравнительной величины, которая сигнализирует нахождение ниже второго порогового значения.

Согласно предпочтительному шестому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия обнаружения аномалии содержит стадию определения амплитудного значения на основе первого комплекта данных, при этом амплитудное значение представляет, в частности, наибольшую по величине амплитуду измерительного сигнала внутри задаваемого интервала времени.

Согласно предпочтительному седьмому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия обнаружения аномалии содержит стадию определения третьего значения времени на основе первого комплекта данных, при этом значение времени представляет момент времени появления, в частности, наибольшей по величине амплитуды измерительного сигнала внутри задаваемого интервала времени.

Согласно предпочтительному восьмому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия обнаружения аномалии содержит стадию создания разницы времени между первым и вторым значениями времени для определения представляющего длительность появления помехового напряжения четвертого значения времени.

Согласно предпочтительному девятому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия обнаружения аномалии содержит стадию сравнения амплитудного значения с задаваемым, в частности, во время работы изменяемым пороговым значением и создания третьей сравнительной величины, которая сигнализирует превышение третьего порогового значения.

Согласно предпочтительному десятому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания освобожденного от помех второго комплекта данных содержит стадию определения среднего значения для индуцированного в протекающей среде напряжения с применением, в частности, уже оцифрованного измерительного сигнала.

Согласно предпочтительному одиннадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания освобожденного от помех второго комплекта данных содержит стадию определения среднего значения для индуцированного в протекающей среде напряжения с применением цифровых данных первого комплекта данных.

Согласно предпочтительному двенадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания освобожденного от помех второго комплекта данных содержит стадию определения среднего значения для индуцированного в протекающей среде напряжения с применением цифровых данных со значением времени, которое меньше первого значения времени.

Согласно предпочтительному тринадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания освобожденного от помех второго комплекта данных содержит стадию определения среднего значения для индуцированного в протекающей среде напряжения с применением цифровых данных со значением времени, которое больше первого значения времени.

Согласно предпочтительному четырнадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания освобожденного от помех второго комплекта данных содержит стадию создания аппроксимирующего ход изменения во времени помехового напряжения искусственного третьего комплекта цифровых данных с применением по меньшей мере части данных из группы данных, представляющих аномалию.

Согласно предпочтительному пятнадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания искусственного третьего комплекта данных содержит стадию определения по меньшей мере одной компенсационной функции для, по меньшей мере, одной части цифровых данных из представляющей аномалию группы данных.

Согласно предпочтительному шестнадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания искусственного третьего комплекта данных содержит стадию создания цифровых данных с применением значений данных из представляющей аномалию группы данных и с применением определяемой компенсационной функции.

Согласно предпочтительному семнадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания освобожденного от помех второго комплекта данных содержит стадию создания разности между одним из значений данных из представляющей аномалию группы данных и одним из значений данных из искусственного третьего комплекта данных, при этом оба применяемых для создания разницы значения данных связаны друг с другом, в частности, имеют одинаковые значения времени.

Согласно предпочтительному восемнадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания по меньшей мере одной компенсационной функции содержит стадию определения по меньшей мере одного коэффициента, в частности, постоянной времени для компенсационной функции с применением значений данных из представляющей аномалию группы данных.

Согласно предпочтительному девятнадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания по меньшей мере одной компенсационной функции содержит стадию определения по меньшей мере одного коэффициента, в частности, постоянной времени для компенсационной функции с применением среднего значения, определяемого в данный момент для индуцированного в протекающей среде напряжения.

Согласно предпочтительному двадцатому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия определения коэффициента для компенсационной функции содержит стадии образования первой разницы между первым значением данных из представляющей аномалию группы данных и средним значением, определяемым в данный момент для индуцированного в протекающей среде напряжения, образования второй разницы между вторым значением данных из представляющей аномалию группы данных и средним значением, определяемым в данный момент для индуцированного в протекающей среде напряжения, и образования отношения первой и второй разницы.

Согласно предпочтительному двадцать первому варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия определения коэффициента для компенсационной функции содержит стадии создания последовательности цифровых коэффициентов из предварительных коэффициентов для компенсационной функции и цифровой, в частности, рекурсивной фильтрации последовательности коэффициентов.

Согласно предпочтительному двадцать второму варианту выполнения способа, согласно изобретению, стадия создания третьего комплекта данных содержит стадию определения по меньшей мере одной второй компенсационной функции для по меньшей мере второй части цифровых данных из представляющей аномалию группы данных.

Согласно предпочтительной модификации способа, согласно изобретению, система возбуждения содержит систему катушек для создания, в частности, пронизывающего также протекающую в измерительной трубе среду магнитного поля.

Согласно одному варианту выполнения этой модификации изобретения применяемая система датчиков содержит расположенные на измерительной трубе измерительные электроды, и способ содержит следующие дополнительные стадии:

- создания пронизывающего также текучую среду магнитного поля с помощью системы возбуждения,

- индуцирования напряжения в протекающей среде напряжения для изменения приложенных к измерительным электродам потенциалов, а также

- снятия с измерительных электродов приложенных потенциалов для создания по меньшей мере одного измерительного сигнала.

Основная идея изобретения состоит в том, чтобы обнаруживать в сильной мере изменяющиеся помеховые потенциалы по меньшей мере в одном измерительном сигнале на основе связанных с помеховыми потенциалами аномалий, в частности, непосредственно и в диапазоне времени или же в диапазоне сканирования, которые возникают по меньшей мере в одном создаваемом системой датчиков расходомера измерительном сигнале, соответственно, в производных от измерительного сигнала сохраняемых в цифровом виде комплектах данных. За счет вычитания соответствующим аномалиям цифровых данных и замены их вычисленными данными создаются практичные комплекты данных, которые состоят частично из первоначальных измерительных данных и частично из искусственных вычисленных данных.

При этом изобретение основано на неожиданном обнаружении того, что хотя помеховые потенциалы указанного вида могут быть распределены в высокой мере стохастически, однако подлежащие обнаружению аномалии в большинстве случаев имеют типичный ход изменения, соответственно, типичную форму, распознавание которой обеспечивает идентификацию таких помеховых потенциалов в производных от измерительного сигнала, сохраняемых в цифровом виде комплектах данных, а также очистку их с помощью манипуляции, в частности, нелинейной цифровой фильтрации цифровых данных с помеховыми потенциалами, при этом первоначально содержащаяся в измерительном сигнале информация о подлежащей измерению физической величине, с одной стороны, остается в значительной степени сохраненной и, с другой стороны, может очень быстро вызываться для определения измеряемой величины.

Ниже приводится подробное описание способа, согласно изобретению, и других преимуществ со ссылками на прилагаемые графики в зависимости от времени и блок-схему магнитно-индуктивного расходомера, на которых изображено:

фиг.1A, b - блок-схема пригодного для выполнения способа, согласно изобретению, устройства измерения процесса, в данном случае магнитно-индуктивного расходомера;

фиг.2а - график зависимости от времени тока возбуждения, протекающего при работе измерительного устройства, согласно фиг.1A, 1b;

фиг.2b, с - графики зависимости от времени потенциалов, измеряемых при

фиг.3а, b; работе измерительного устройства, согласно фиг.1A, 1b;

фиг.4а, b;

фиг.5а, b;

фиг.6а, b - сохраненные в цифровом виде графики потенциалов, измеряемых при работе измерительного устройства, согласно фиг.1A, 1b.

На фиг.1 показана блок-схема пригодного для выполнения способа, согласно изобретению, измерительного устройства управления процессом, в данном случае магнитно-индуктивного расходомера, с помощью которого можно создавать значения измерения для по меньшей мере одной физической величины, протекающей в трубопроводе (не изображен) среды, в частности, текучей среды. Расходомер можно применять, например, для измерения объемного расхода и/или скорости потока электрически проводящей жидкости.

Показанный расходомер содержит датчик 1 расхода для создания соответствующих подлежащей измерению физической величине измерительных потенциалов, обрабатывающую схему 2, которая служит для восприятия измерительных потенциалов и для создания по меньшей мере одного соответствующего физической величине измерительного сигнала, а также вычислительную схему 3, которая служит для управления обрабатывающей схемой 2 и тем самым также датчиком 1 расхода, а также для создания представляющих физическую величину измерительных значений с применением по меньшей мере одного измерительного сигнала. Обрабатывающая схема 2, а также при необходимости некоторые компоненты датчика 1 расхода могут быть расположены, как схематично показано на фиг.1а, в корпусе 1 для электронных блоков расходомера.

К датчику 1 расхода относится установленная в трубопровод измерительная труба 11. которая имеет стенку трубы и через которую во время работы пропускается в направлении продольной оси измерительной трубы подлежащая измерению текучая среда.

Для исключения короткого замыкания индуцированных в текучей среде напряжений, находящаяся в соприкосновении с текучей средой внутренняя часть измерительной трубы 11 выполнена не электропроводной. Для этого металлические измерительные трубы обычно снабжаются внутри неэлектропроводным слоем, например, из эбонита, полифторэтилена и т.д., а также неферромагнитным; при полностью из пластмассы или керамики, в частности, из керамики на основе оксида алюминия, состоящих измерительных трубах, не электропроводный слой не требуется.

Управляемая электронным блоком 21 возбуждения, предусмотренным в обрабатывающей схеме 2, система возбуждения расходомера имеет в показанном примере выполнения расположенную на измерительной трубе 11 первую катушку 12 возбуждения и расположенную на измерительной трубе 11 вторую катушку 13 возбуждения. Катушки 12, 13 возбуждения лежат на первом диаметре измерительной трубы 11. Система возбуждения служит во время работы для создания пронизывающего стенку трубы и протекающую среду магнитного поля Н. Оно возникает, когда через включенные в данном случае последовательно катушки 12, 13 возбуждения пропускают создаваемый электронным блоком 21 ток I возбуждения. При этом, в частности, биполярный ток I возбуждения может быть прямоугольным, треугольным или синусоидным.

Как показано на фиг.1b, катушки 12, 13 возбуждения не содержат сердечника, т.е. являются так называемыми воздушными катушками. Однако катушки 12, 13 могут быть, как это принято в таких системах возбуждения, намотаны вокруг сердечника, который является, в частности, магнитомягким, при этом сердечники могут взаимодействовать с полюсными наконечниками, смотри, например, US-A 5540103.

В показанном примере выполнения выполненная в виде действующей на текучую среду системы катушек система возбуждения выполнена так, что, в частности, обе катушки 12, 13 возбуждения имеют такую форму и размеры, что создаваемое ею магнитное поле Н внутри измерительной трубы 11 по меньшей мере относительно перпендикулярного первому диаметру второго диаметра является симметричным, в частности, вращательно симметричным.

Согласно одному варианту выполнения изобретения, с помощью электронного блока 21 возбуждения создается, в частности, регулируемый на неизменную амплитуду постоянный ток, который затем с помощью соответствующего переключательного устройства, например, с Н- или Т-образной конфигурацией, периодически переключается и тем самым преобразуется в переменный ток с регулируемой амплитудой. За счет этого ток I возбуждения проходит через систему катушек так, что через катушки 12, 13, как схематично показано на фиг.2а, во время первой фазы РН11 переключения протекает ток в первом направлении, а во время следующей за этой первой фазой переключения второй фазы РН12 переключения - в противоположном первому направлению тока направлении, смотри регулирование тока и переключение направления тока, например, также в US-A 4410926 или US-A 6031740.

За второй фазой РН12 переключения следует третья фаза РН21 переключения, во время которой ток I возбуждения проходит снова в первом направлении тока. За третьей фазой РН21 переключения следует четвертая фаза РН22 переключения, во время которой ток I возбуждения проходит снова в противоположном направлении. Затем следует соответствующая фаза РН31 переключения и т.д. Относительно изменения направления тока I возбуждения на противоположное две следующие друг за другом фазы переключения образуют период P1, P2, Р3 и т.д. переключения. В соответствии с изменением направления протекающего через систему возбуждения тока I возбуждения, не учитывая неизбежного смещения фазы переключения, происходит также по существу синхронно изменение полярности магнитного поля Н, как показано на фиг.2а.

Для создания по меньшей мере одного соответствующего измеряемой величине электрического измерительного сигнала предусмотрена расположенная на измерительной трубе или по меньшей мере вблизи нее система чувствительных элементов измерительного датчика. Согласно одному варианту выполнения изобретения, система чувствительных элементов имеет расположенные практически непосредственно на измерительной трубе электроды. При этом первый электрод 14, расположенный на внутренней стороне стенки измерительной трубы 11, служит для съема индуцированного магнитным полем Н первого потенциала е₁₄. Второй электрод 15, расположенный так же, служит для съема индуцированного магнитным полем Н второго потенциала e₁₅. Измерительные электроды 14, 15 лежат на перпендикулярном первому диаметру и продольной оси измерительной трубы втором диаметре измерительной трубы 11, однако они могут также лежать на параллельной второму диаметру хорде измерительной трубы 11, смотри, например, US-A 5646353.

На фиг.1b измерительные электроды 14, 15 показаны в виде гальванических измерительных электродов, т.е. которые приходят в соприкосновение с текучей средой. Однако можно использовать также два емкостных, например, расположенных внутри стенки измерительной трубы 11, измерительных электрода. Каждый из измерительных электродов 14, 15 снимает электрический потенциал е₁₄, e₁₅, который при работе индуцируется в протекающей среде на основе закона Фарадея.

Как показано на фиг.1b, измерительные электроды 14, 15 при работе, по меньшей мере временно, соединяются с инвертирующим или неинвертирующим входом дифференциального усилителя 22. За счет этого образуется служащая в качестве измерительного сигнала и разница снимаемых измерительными электродами 14, 15 потенциалов е₁₄, e₁₅, которая соответствует создаваемому в протекающей среде напряжению и тем самым подлежащей измерению физической величине. Лежащие на измерительных электродах потенциалы е₁₄, e₁₅ лежат обычно в диапазоне от 10 мВ до 100 мВ.

Лежащий в показанном примере выполнения на выходе дифференциального усилителя 22 измерительный сигнал и подается, как показано на фиг.1а, 1b, в предусмотренную в расходомере вычислительную схему 3. Согласно изобретению, вычислительная схема 3 служит, в частности, для перевода подаваемого измерительного сигнала и в цифровую форму и сохранения по частям в виде первого комплекта DS₁ данных, так что для определения измеряемого значения Х_М имеется в распоряжении информация о ходе изменения во времени участка измерительного сигнала и в цифровом виде.

Для этого измерительный сигнал и вычислительной схемы 3, как показано на фи