專利名稱：電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)。
公知的是，可用電磁感應(yīng)流量計來測量在一測量管內(nèi)流動的帶電流體的容積流量。測量管接觸流體的部分不帶電，因此，假如測量管是純金屬的，也就是說流體接觸金屬，根據(jù)法拉第感應(yīng)定律通過磁場感應(yīng)的電壓也不會短路。磁場基本上是垂直于測量管的縱軸通過測量管的。
為了不干擾磁場，金屬測量管當(dāng)然不能是鐵磁的，因此，它一般在內(nèi)表面有一不帶電的絕緣層。塑料測量管或陶瓷測量管不需要這種不帶電絕緣層。
前述感應(yīng)電壓是借助于電流或電容測量電極來拾取的。電流測量電極穿透測量管管壁，從而接觸流體，電容測量電極則置于測量管管壁之中，不與流體接觸，或者置于測量管管壁之上。
在與EP-A548439相應(yīng)的US-A5402685里，對用于帶有唯一電子測量裝置的多個電磁感應(yīng)流動傳感器的運行的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。該結(jié)構(gòu)包括下列與本發(fā)明有關(guān)的部分-第一根裝有2個電流測量電極和1個用于產(chǎn)生磁場的附屬線圈的測量管，-第二根裝有2個電流測量電極和1個用于產(chǎn)生磁場的附屬線圈的測量管，-第三根裝有2個電流測量電極和1個用于產(chǎn)生磁場的附屬線圈的測量管，等-倒數(shù)第二根裝有2個電流測量電極和1個用于產(chǎn)生磁場的附屬線圈的測量管，-最后一根裝有2個電流測量電極和1個用于產(chǎn)生磁場的附屬線圈的測量管，-一個測量電極電位的處理單元，-一個用于產(chǎn)生線圈電流的發(fā)電機(jī)電路，-一個用于把每一根測量管線圈與發(fā)電機(jī)電路，以及測量管測量電極與處理單元連接起來的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
關(guān)于測量電極信號的處理，US-A5402685僅一般地提到了US-A4210022，4422337，4382387和4704908，這些文獻(xiàn)描述了全部不帶模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測量電路。
US-A5351554對電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述。-該電磁感應(yīng)流量計有一個測量管，測量管裝有2個電流測量電極和1個用于產(chǎn)生磁場的線圈，-該測量放大器結(jié)構(gòu)包括--一個在其輸入端與每個測量電極相連的差分級，--一個接在所述差分級后的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，--一個向所述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供取樣信號的脈沖發(fā)生器。
此外，在前述US-A5351554里還曾提到，在所述電路結(jié)構(gòu)中，正如US-A4210022以及US-A4704908所述，可使用平衡裝置，以平衡電化學(xué)干擾電壓。
最后，在與EP-A521448相應(yīng)的US-A5370000里對一種電磁感應(yīng)流量計進(jìn)行了描述，該電磁感應(yīng)流量計包括下列與本發(fā)明有關(guān)的部分-一個裝有第一和第二電流測量電極的測量管，-一個借助線圈電流產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)，-一個放大器結(jié)構(gòu)，它包括--一個連接在第一測量電極后的第一阻抗變換器，--一個連接在第二測量電極后的第二阻抗變換器，--一個第一轉(zhuǎn)換開關(guān)，該開關(guān)的第一輸入端連接著第一阻抗變換器的輸出端，第二輸入端連接著一電路零點，--一個第二轉(zhuǎn)換開關(guān)，該開關(guān)的第一輸入端連接著第二阻抗變換器的輸出端，第二輸入端連接著上述電路零點，--一個連接在第一轉(zhuǎn)換開關(guān)和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)輸出端后的模擬差分級，--還有一個放大器，用于放大有線圈電流流過的電阻產(chǎn)生的電壓，--一個多路轉(zhuǎn)換器，該多路轉(zhuǎn)換器連接著差分級的輸出端和所述放大器的輸出端，--一個連接著多路轉(zhuǎn)換器的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
前述測量放大器結(jié)構(gòu)多次在實踐中證明是有效的。它們比如用85毫安線圈電流工作。如果用它們來測量具有高固體組分(比如建筑業(yè)中流體混凝土里的石頭或造紙業(yè)中紙槳里的木纖維)的流體，撞擊測量電極的固體導(dǎo)致了干擾電壓，并使有效信號/干擾信號比例變壞。
迄今，人們曾試圖通過提高線圈電流，從而提高從測量電極拾取的感應(yīng)電壓的方式，來排除有效信號/干擾信號比例的變壞。然而，這需要更大的電源，更大的電源又表示更大的損失，從而從總體上造成更大的能源消耗。而且更大的電子設(shè)備機(jī)箱可能就必不可少了。
因此，本發(fā)明的一個任務(wù)是給出電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)，借助于這些結(jié)構(gòu)，亦可可靠地對含有固體的流體，尤其是具有高固體組分的流體進(jìn)行處理。據(jù)此，尤其將能夠放棄提高線圈電流值，也就是說，即使在固體組分高的情況下，也將能夠用前述85毫安的線圈電流值向線圈供電。
為了完成這一任務(wù)，本發(fā)明的第一種方案在于一種電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)，-該電磁感應(yīng)流量計有一個裝有至少2個測量電極、1個接地電極的測量管，還有一個用于產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)，-該測量放大器結(jié)構(gòu)對于每一個測量電極包括--一個在輸入端與測量電極相連的前置放大器，--一個直接連接在前置放大器后的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，-該測量放大器結(jié)構(gòu)還包括--一個向模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供取樣信號的脈沖發(fā)生器，---其頻率大于約1KHz，--一個連接在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器后的減法器。
為了完成上述任務(wù)，本發(fā)明的第二種方案在于一種電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)，-該電磁感應(yīng)流量計有一個裝有至少2個測量電極、1個接地電極的測量管，一個用于產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)，-該測量放大器結(jié)構(gòu)對于每個測量電極包括一個在其輸入端連接著測量電極的前置放大器，-該測量放大器結(jié)構(gòu)還包括--一個直接連接在前置放大器后的第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，--一個連接在前置放大器后的差分級，--一個連接在差分級后的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，--一個連接在兩個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器后的減法器；--至少一個向模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供取樣信號的脈沖發(fā)生器，---其頻率大于約1KHz。
根據(jù)本發(fā)明第一方案的一種改進(jìn)，安置了一個差分級和另一個連接在該差分級后的、由脈沖發(fā)生器提供信號的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該差分級的各輸入端分別與各前置放大器的輸出端相連，所述的另一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端連接減法器的另一個負(fù)極輸入端。
根據(jù)本發(fā)明的第一種方案的另一種改進(jìn)，或者說第二種方案的一種改進(jìn)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器合并成一個總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，而且在總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端和前置放大器的輸出端之間加上一個多路器。
根據(jù)前述改進(jìn)的一項合并方案，多路轉(zhuǎn)換器的另一輸入端連接至差分級的輸出端。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，數(shù)字信號在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、或者總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端產(chǎn)生，鑒于探測信號的頻率大于約1KHz，而不是象迄今那樣通常小于約100Hz，所以，把這些數(shù)字信號的有效部分和干擾部分分開，并產(chǎn)生高精度的(比如精確到測量值的0.5％)容積流量信號并不困難。
現(xiàn)借助圖示的實施例對本發(fā)明及其它優(yōu)點做進(jìn)一步說明；各部分在不同圖中均有相同符號。


圖1以方框圖的形式表示測量放大器結(jié)構(gòu)的第一種方案，圖2以方框圖的形式表示測量放大器的第二種方案，圖3以方框圖的形式表示圖1所示結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)方案，圖4以方框圖的形式表示圖1所示結(jié)構(gòu)的另一種改進(jìn)方案。
在圖1的方框圖中畫出了測量管1的橫截面，只畫了它的內(nèi)壁。第一測量電極3和第二測量電極2相對地被置入管壁。此外，還有一根接地電極4被置于測量管1的下部。電極2，3，4均為電流電極，它們在管壁內(nèi)的安裝方式是這樣的在運行過程中，它們能夠接觸到在測量管1內(nèi)流動的流體。
接地電極4與一電路零點SN相連，它可以通過一個類似于電極3，2那樣的結(jié)構(gòu)在測量管1的管壁內(nèi)的具體電極來實現(xiàn)，也可以通過一個夾在測量管法蘭和流體在其內(nèi)流過的管道的配合法蘭之間的接地環(huán)來實現(xiàn)。
圖1還圖示了一個由兩部分組成的線圈結(jié)構(gòu)5，該線圈結(jié)構(gòu)在運行中產(chǎn)生一強(qiáng)度為H的穿透測量管1的磁場，此外，線圈結(jié)構(gòu)5還通過圖中畫出的接線柱與一相應(yīng)的電流發(fā)生器相連。由于該電流發(fā)生器不在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，故所有常用的、產(chǎn)生比如雙極直流電或交流電的電流發(fā)生器均可使用。因而圖中未畫電流發(fā)生器。
測量放大器結(jié)構(gòu)10包括用于第一測量電極3的第一測量電路，該測量電路裝有一個在其輸入端與第一測量電極3相連的第一前置放大器11。第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13直接連接在它后面。正如用虛線表示的那樣，也可以在它們之間加上一個放大器15。
以同樣方式，測量放大器結(jié)構(gòu)10包括用于第二測量電極2的第二測量電路，該測量電路裝有一個在其輸入端與測量電極2相連的第二前置放大器12。第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14直接連接在它后面。正如用虛線表示的那樣，同樣可以在它們之間加上一個放大器16。
此外，減法器17和脈沖發(fā)生器18也包括在測量放大器結(jié)構(gòu)10中。減法器17連接著模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13和14的各輸出端。這樣，比如減法器17的正極輸入端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13的輸出端，其負(fù)極輸入端與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14的輸出端相連。在減法器17的輸出端產(chǎn)生一種比迄今通常信號更適于繼續(xù)處理的信號。
脈沖發(fā)生器18向模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13，14提供其頻率大于約1KHz的采樣信號；頗具優(yōu)點的是，該頻率位于10KHz的數(shù)量級，即界于5KHz和50KHz之間。此外，脈沖發(fā)生器18還向減法器17提供合適頻率的脈沖信號。
圖2采用與圖1一樣的表現(xiàn)方式，表示本發(fā)明的第二種方案。測量放大器結(jié)構(gòu)10′包括一用于第一測量電極3的第一測量電路，該電路裝有一個在其輸入端與測量電極3相連的第一放大器11′，第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13′直接連接在它后面。正如用虛線再次表示的那樣，也可以在它們之間加上一個放大器15′。
此外，還設(shè)計了一個差分級19和一個連接在其后的、同樣由脈沖發(fā)生器18提供信號的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20。差分級19的兩個輸入端分別與前置放大器11′或12′的輸出端相連。
第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的輸出端連接著減法器17′的負(fù)極輸入端。正如再次用虛線表示的那樣，可在差分級19的輸出端和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的輸入端之間加上一個放大器21。
兩個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13′，20也可以由兩個相互獨立的脈沖發(fā)生器提供不同頻率的脈沖信號，它們所產(chǎn)生的脈沖信號的頻率與前面提到過的頻率相同。
如圖2所示，在本發(fā)明的第二種方案中，由于在減法器17′的兩個輸入端分別有一個與測量電極3的信號和一個與測量電極3，2的信號之差成比例的數(shù)字信號，所以，可以根據(jù)這兩個數(shù)字信號精確地計算出一個關(guān)于測量電極2的數(shù)字信號。
圖3采用與圖1相同的表達(dá)方式，表示本發(fā)明的第一種方案、即圖1的測量放大器結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)方案。這里設(shè)計了一個差分級19′和另一個連接在該差分級之后的、同樣由脈沖發(fā)生器18提供信號的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20。差分級19′的兩個輸入端分別與前置放大器11或12的輸出端相連。第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的輸出端與減法器17′的另一負(fù)極輸入端相連。
正如再次用虛線表示的那樣，在圖3所示的結(jié)構(gòu)中，可在差分級19′的輸出端和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的輸入端之間加上另一個放大器21。
如圖3所示，在該改進(jìn)方案中，由于在減法器17′的三個輸入端分別有一個與測量電極2的信號、一個與測量電極3的信號、以及一個與測量電極3，2的信號之差成比例的數(shù)字信號，這三個數(shù)字信號因此而具有了關(guān)于測量電極3，2的信號的冗余度(Redundanz)，所以，以與圖2所示的第二種方案相似的方式，刪去前述第二條測量電路，并通過計算測量電極2，3的信號差而產(chǎn)生關(guān)于測量電極3的數(shù)字信號，也屬于本發(fā)明的范圍。
圖4給出了表示的本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案的局部示意圖，圖1所示模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13，14，圖2所示模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13′，20，或圖3所示模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13，14，20綜合成了一個總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，而且在其輸入端和前置放大器11，12或11′，12′，以及差分級19，19′之間加上了多路轉(zhuǎn)換器23，該多路轉(zhuǎn)換器由脈沖發(fā)生器18提供另一種合適頻率的脈沖信號。
總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器22產(chǎn)生的數(shù)字信號的傳送，或者通過圖示的數(shù)據(jù)總線24來完成，這樣，減法器17″就在其輸入端裝一個分路器；或者通過如圖1-圖3中的單一線路來完成，這樣，總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器22就在其輸出端裝一個分路器。
如圖1-圖3所示，由于前置放大器11，12或11′，12′與電路零點SN相連，如前所述，接地電極4也接在該零點上，所以，測量電極2，3的信號(它們都是模擬信號)被相互分開，相對于電路零點SN的電位被(模擬)放大，然后再相互分離地進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。只有在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換之后，才借助于減法器17，17′，17″中的一個形成信號差，當(dāng)然只在測量放大器結(jié)構(gòu)的數(shù)字部分。
在數(shù)字信號差形成之前，也可以對數(shù)字信號進(jìn)行合適的信號處理。
盡管如前所述該發(fā)明的誘因是一個僅反映在電流電極上的問題，但該發(fā)明亦可用于安裝電容電極的電磁感應(yīng)流量計。前述優(yōu)點亦可通過電容電極體現(xiàn)出來。
本發(fā)明并不僅限于兩個測量電極，也可用于裝有兩個以上測量電極的電磁感應(yīng)流量計；這樣，每個測量電極均需要設(shè)有一個前述的測量電路。
本發(fā)明的測量放大器結(jié)構(gòu)同樣可以使用前述用于平衡電化學(xué)干擾電壓的電路結(jié)構(gòu)。這些電路結(jié)構(gòu)是這樣使用的，它們可對前述模擬信號之一產(chǎn)生作用。
前面作為本發(fā)明的優(yōu)點之一提到的測量電極信號干擾部分與有效部分良好的可分離性，可以比如按如下方式實現(xiàn)。
由于在圖1的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13的輸出端產(chǎn)生一個僅屬于測量電極3的單個測量電極信號，在圖1的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14的輸出端產(chǎn)生一個僅屬于測量電極2的單個測量電極信號，以及在減法器17的輸出端產(chǎn)生這兩個單個測量電極信號之差，所以，可以借助一比較器將信號差同一個或兩個單個測量電極信號進(jìn)行比較。通過這種比較，可以推斷單個測量電極信號的可信性。
在圖3所示結(jié)構(gòu)中，可以按可比方式，將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13和/或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器14輸出端的信號同模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20輸出端的信號進(jìn)行比較，以求得前面提到的可信性。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器20輸出端產(chǎn)生信號差，該信號差與借助于差分級19′模擬形成的測量電極信號差是相同的。
前述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以比如全部都是由一開始介紹的US-A5351554所公開的類型。其它上述分電路在電子學(xué)上是常用的。因此，比如減法器可以是微處理器的一部分。
權(quán)利要求
1.電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)(10)，-該流量計具有一個帶至少2個測量電極(3，2)、1個接地電極(4)的測量管(1)和一個用于產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)(5)，-該測量放大器結(jié)構(gòu)對于每個測量電極包括--一個在其輸入端與測量電極相連的前置放大器(11，12)，和--一個直接連接在前置放大器后的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13，14)，-該測量放大器結(jié)構(gòu)還包括--一個向模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供采樣信號的脈沖發(fā)生器(18)，---其頻率大于約1KHz，--一個連接在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器后的減法器17。
2.電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu)(10′)，-該流量計具有一個帶至少2個測量電極(3，2)、1個接地電極(4)的測量管(1)和一個用于產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)(5)，-該測量放大器結(jié)構(gòu)對于每個測量電極包括一個其輸入端與測量電極(3，2)相連的前置放大器(11′，12′)，-該測量放大器結(jié)構(gòu)還包括--一個直接連接在前置放大器后的第一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13′)，--一個連接在前置放大器后的差分級(19)，--一個連接在差分級后的第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(20)，--一個連接在兩個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器后的減法器(17′)，和--至少一個向模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供采樣信號的脈沖發(fā)生器(18)，---其頻率大于約1KHz。
3.如權(quán)利要求1所述的測量放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，安置有一個差分級(19′)和一個連接在該差分級后的、由脈沖發(fā)生器(18)提供采樣信號的另一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(20)，差分級的輸入端分別與前置放大器(11，12)的輸出端相連，所述另一模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出端與減法器(17′)的另一負(fù)極輸入端相連。
4.如權(quán)利要求1或2所述的測量放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13，14；13′，20；13，14，20)合并成一個總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(22)，并且在總模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端和前置放大器的輸出端之間加上了一個多路轉(zhuǎn)換器(23)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的測量放大器結(jié)構(gòu)，其特征在于，差分級(19，19′)的輸出端連接多路轉(zhuǎn)換器(23)的另一輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及電磁感應(yīng)流量計的測量放大器結(jié)構(gòu),該流量計有一個帶有至少2個測量電極(3,2)、1個接地電極(4)的測量管(1),一個用于產(chǎn)生磁場的線圈結(jié)構(gòu)(5)。該測量放大器結(jié)構(gòu)對于每個測量電極包括一個與其相連的前置放大器(11,12)和一個連接在前置放大器后的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(13,14)。此外,還設(shè)計了頻率大于約1KHz的脈沖發(fā)生器(18)和連接在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器后面的減法器(17,17′,17″)。
文檔編號G01F1/60GK1173636SQ97105598
公開日1998年2月18日 申請日期1997年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月20日
發(fā)明者托馬斯·巴德米哥 申請人:安德雷斯和霍瑟·弗羅泰克有限公司