运行磁感应流量计的方法及磁感应流量计与流程

本发明基于一种用于运行磁感应流量计的方法，其中所述磁感应流量计包括用于引导流动介质的至少一个测量管、用于产生垂直于介质的流动方向穿透所述测量管的磁场的至少一个磁场产生装置、用于提取在测量管内的介质中感应的电压的至少一个电极对以及至少一个控制和评估单元。具体地，本发明涉及流动介质的两相流的检测。此外，本发明还涉及一种磁感应流量计，其中所述磁感应流量计包括用于引导流动介质的至少一个测量管、用于产生垂直于介质的流动方向穿透所述测量管的磁场的至少一个磁场产生装置、用于提取在测量管内的介质中感应的电压的至少一个电极对以及至少一个控制和评估单元。

背景技术：

1、借助于磁感应流量计(mid)来确定管道中液体的流量。在这种测量原理的情况下，展开垂直于测量管中介质的流动方向的磁场，并且通过垂直于流动方向和垂直于磁场的洛伦兹力的作用使得流经mid的介质中的电荷载流子偏转。由此产生与流动速度成比例的电压，可以借助于两个测量电极来提取所述电压。

2、一般来说，为了使该测量原理发挥作用，前提是流经mid的介质是导电的。如果现在介质中还存在不导电或微导电成分，则这些成分会导致测量电极之间的电压改变，从而导致mid的测量值改变。介质中的这种不导电或微导电成分可以例如由液体介质中的气体包裹体产生。介质中存在不导电成分的另一个示例是水油混合物。

3、介质中的导电成分和不导电成分的这种混合物通常称为两相流，其中两相代表对测量原理的不同影响。在此，第一相由介质中的导电成分形成，第二相由不导电成分形成。

4、介质中的不导电成分不会对测量电极之间的电压产生影响，因为洛伦兹力无法在这些区域中移动自由的电荷载流子。

5、因此，测量电极之间测量到的电压由于两相流的存在而改变。

6、从现有技术已知，通过观察电极电压的时间变化来识别两相流的存在。

7、然而，该方法无法区分对标准偏差的其他影响。如果其他干扰(例如由于不利的管道几何形状或不利的阀门位置而导致的湍流)也导致标准偏差增加，则该方法始终也将两相流指示为错误，即使两相流甚至可能不存在并且应当在其他地方寻找原因。

8、从文献ep 2130002 b1已知一种用于运行磁感应流量计的方法，其中将来自mid的测量电极的信号从时域变换到频域。在考虑噪声频谱的情况下来确定流动类型，例如通过确定频谱功率密度或通过与参考频率进行比较。

9、另外，文献wo 2020/050892 a1也公开了一种用于运行磁感应流量计的方法，其中基于噪声水平来确定待检查介质是否具有污染。

10、具体地，在时域中减去直流分量，然后对信号进行高通滤波并随后进行分析。所述分析在此首先基于确定这些经过滤波的信号的标准偏差以及确定这些经过滤波的信号的最大值和最小值之间的距离。然后通过中值和低通滤波对以这种方式确定的值进行平滑，并检查是否超过极限值。如果超过极限值，则存在两相流。

技术实现思路

1、基于所阐述的现有技术，本发明的任务是说明一种用于运行磁感应流量计的方法，该方法保证两相流的可靠识别。此外，本发明的任务是说明一种对应的磁感应流量计。

2、根据本发明的第一教导，上述任务通过在开头阐述的方法按照以下方式解决，

3、在记录步骤中，所述控制和评估单元记录磁场取向期间电极电压的电极信号作为测量数据，

4、在第一滤波步骤中通过低通对测量数据进行滤波，使得存在第一低通滤波评估信号，其中从所述低通滤波评估信号中确定第一流动参数，将所述第一流动参数与存储在所述控制和评估单元中的第一极限值进行比较，以及

5、在第二滤波步骤中通过高通对测量数据进行滤波，使得存在高通滤波评估信号，其中从所述高通滤波评估信号中确定第二流动参数，将所述第二流动参数与存储在所述控制和评估单元中的第二极限值进行比较，

6、使得所述低通滤波评估信号和所述高通滤波评估信号分开经受相同的评估，以及

7、在分配步骤中，如果所述第一流动参数超过所述第一极限值和/或如果所述第二流动参数超过所述第二极限值，则向所述流动介质分配两相流。

8、根据本发明已认识到，在存在两相流的情况下，电极信号的变化既发生在高频范围又发生在低频范围。

9、在此，高频范围的变化主要存在于较高流量速度下，而在较低流动速度下占主导地位的电极信号变化存在于低频时。

10、由于测量数据一方面通过高通滤波，另一方面通过低通滤波，因此两个频率范围中的变化是分开确定和评判的。

11、当提到低通滤波评估信号和高通滤波评估信号分开经受相同的评估时，这意味着评估信号经受相同的分析步骤。在此，诸如第一极限值和第二极限值的各个值可以完全不同。

12、因此，该方法具有以下优点：既可以在高流量速度下又可以在低流量速度下特别准确地确定两相流的存在。

13、此外，该方法具有以下优点：可以在时域中对测量数据进行完整的评估，从而可以省去测量数据到频域的计算复杂的变换。

14、控制和评估单元中分别存储的极限值将单相流的范围与两相流的范围区分开来。当提到将流动参数与极限值进行比较以确定流动参数是否超过极限值时，这意味着在存在两相流的情况下，该流动参数处于两相流的值范围内。换句话说，检查是超过上限值还是低于下限值。

15、根据特别优选的设计，将低通滤波评估信号的方差确定为第一流动参数，使得存在低通方差，并且将高通滤波评估信号的方差确定为第二流动参数，使得存在高通方差。根据该设计，将低通方差极限值和高通方差极限值存储在控制和评估单元中，其中将低通方差与低通方差极限值进行比较，以及其中将高通方差与高通方差极限值进行比较。当低通方差超过低通方差极限值时和/或当高通方差超过高通方差极限值时，将两相流分配给介质。

16、该方法的该设计考虑到，在测量数据的低频范围和/或高频范围中包含与单相流的测量数据相比不同的频率和/或具有更高幅度的频率，从而所考虑的频率范围的方差增加。如上所述，这既适用于低频范围又适用于高频范围。

17、根据该方法的一种设计，低通方差极限值和高通方差极限值具有相同的值。为此，将高通方差的值和低通方差的值标准化。该设计具有以下优点：可以为流量计的不同设计(例如具有不同的测量管直径)选择相同的高通方差极限值和低通方差极限值。替代地，低通方差极限值和高通方差极限值不同。

18、根据下一种设计，在与第一极限值比较之前从低通滤波评估信号中减去直流分量，并且在与第二极限值比较之前从第一高通滤波评估信号中减去直流分量。

19、根据该方法的另一优选设计，在至少一个另外的磁场取向期间检测至少一个另外的电极信号，并且在低通滤波之后从所述至少一个另外的电极信号中确定至少一个另外的第一流动参数，并且在高通滤波之后从所述至少一个另外的电极信号中确定至少一个另外的第二流动参数。对第一流动参数进行平均，使得存在平均第一流动参数，并且对第二流动参数进行平均，使得存在平均第二流动参数，并且为了探测两相流，将平均第一流动参数与第一极限值进行比较以及将平均第二流动参数与第二极限值进行比较。

20、根据替代设计，在至少一个另外的磁场取向期间检测至少一个另外的电极信号，使得存在多个测量数据，并且对多个测量数据进行平均，使得存在平均测量数据。然后通过高通滤波和低通滤波进一步评估平均测量数据以确定两相流。

21、该方法的这些设计保证了更好的信噪比，从而可以特别准确地确定方差的差异，即是否超过极限值。优选地，比较来自一系列磁场取向的测量数据，使得总共检测大约5秒的持续时间内的测量数据。

22、根据另一优选设计，低通滤波器的截止频率ftief在30hz和500hz之间，其中截止频率ftief优选地约为100hz。该设计考虑到，特别是在慢流动速度下，在低于150hz或低于100hz或低于50hz的低频处存在方差的变化。

23、在存在两相流的情况下，这些频率范围内方差的大变化也可以用作慢流动速度的指标。

24、根据本发明的方法的下一种设计的特征在于，高通滤波器的截止频率fhoch在500hz与1200hz之间，其中截止频率fhoch优选地约为1000hz。该设计考虑到，特别是在高流动速度下，在高于900hz或1000hz或1100hz的高频处存在方差的变化。

25、在存在两相流的情况下，高频时方差的大变化也可以用作高流动速度的指标。

26、根据另一优选设计，如果确定了两相流，则基于第一流动参数或平均第一流动参数和/或基于第二流动参数或平均第二流动参数来确定流动介质的不导电成分。如果不导电相的比例已知，则可以在考虑不导电成分的情况下来确定导电相的体积流量。

27、为此对磁感应流量计进行校准。具体地，将针对不同流量速度的高通方差和/或低通方差与不导电相的比例之间的关系存储在控制和评估单元中。因此，在高通方差已知和/或低通方差已知以及流量速度已知的情况下，可以确定不导电相的比例。如果高通方差和低通方差都被确定，则分别借助于方差确定的不导电相的比例相互用作控制值。借助于高通方差确定的不导电相的比例与借助于低通方差确定的不导电相的比例的偏差表明校准中和/或确定高通方差和/或低通方差中的错误。

28、根据该方法的另一优选设计，将第一流动参数和/或第二流动参数对流量速度的依赖性存储在控制和评估单元中，并且基于在流动介质的不同流量速度下第一流动参数或平均第一流动参数的变化过程和/或基于在流动介质的不同流量速度下第二流动参数或平均第二流动参数的变化过程来确定两相流的存在。

29、如果流动参数是测量数据的方差，则在两相流的组成恒定的情况下得出高通方差随着流动速度的增加而增加，而低通方差随着流动速度的增加而减小。

30、根据该方法的一种设计，将针对不同的不导电相比例和不同的流量速度的高通方差和低通方差的关系存储在控制和评估单元中。在已知不导电相的比例并且确定了高通方差和/或低通方差的情况下，可以确定流动速度。例如，以这种方式确定的流动速度可以用作借助于电极电压确定的流动速度的控制值。

31、根据该方法的下一种设计，如果确定了两相流，其中确定了不导电相的比例，则在考虑不导电相的情况下确定导电相的体积流量。该方法的该设计具有可以特别准确地确定导电相的体积流量的优点。

32、根据本发明的第二教导，开头阐述的任务通过开头描述的磁感应流量计来解决，其中所述磁感应流量计包括用于引导流动介质的至少一个测量管、用于产生垂直于介质的流动方向穿透所述测量管的磁场的至少一个磁场产生装置、用于提取在测量管内的介质中感应的电压的至少一个电极对以及至少一个控制和评估单元，其解决方案在于所述控制和评估单元在运行期间执行前述方法之一。

33、关于该方法的各种设计的优点，参考对相应方法的讲述。

34、因此，根据本发明的磁感应流量计具有保证在低流量速度和高流量速度下可靠地识别两相流的优点。

35、现在存在设计和扩展根据本发明的方法和根据本发明的流量计的大量可能性。为此参考从属于独立权利要求的权利要求以及下面结合附图描述的实施例。