[发明专利]用于测量流经测量管的介质的流速的测量装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序的测量装置，用于测量流经测量管的介质的流速，以及涉及一种根据权利要求15的前序的方法，用于测量流经测量管的介质的流速。

背景技术

用于磁感地测量介质的流速的装置是已知的，例如在WO 2008/107460A1、WO 03/098164A1以及WO 2007/031053A2中公开。它们通常包括产生与介质的流动方向相垂直的磁场的装置，以及设置在位于与介质的流动方向相垂直的平面上的测量管的壁上的电极，通过该电极探测在介质内部建立的电压。然后，由电极探测到的测量信号传输至测量单元，在该测量单元中计算测量信号。

磁感流量传感器（MID，Magnetic-inductive flow sensors）基于下述事实，即流动在测量管内的介质中贯穿有磁场，这将引起电场，可通过电极以电压的形式测量该电场。该电压直接与介质的流速成正比。然后，基于该流速，可计算介质的流量。可使用电流或电容信号拾取器在该测量装置中进行信号解耦。大多使用电流信号解耦，在该解耦中，具有穿过内管壁的馈入装置的小直径（一般为几毫米）金属电极直接与介质（电）接触。这些电极需要与管壁可靠地密封隔离。此类解耦的特征在于坚固而简单的结构，但容易受到化学侵蚀、以及电极和密封件容易受到沉淀和磨损。控制较高的工作温度需要仔细协调电极和管壁材料的热膨胀系数。

在电容信号解耦中，电极不与介质直接接触，而是由绝缘层包围，进而使该绝缘层与介质接触。

市售的磁感流量传感器基于时变磁场，即所谓的交变场而工作，从而消除叠加在可用信号上的干扰信号，并根据快速变化的噪音和缓慢变化的漂移分量进行区分。这些干扰信号的基本来源是时变的，不是在流动介质和耦合元件特别是电极之间的界面上可精确确定的双层电压。考虑到这些信号分量的存在，需要主要工作于脉冲模式（例如定时的）下的电流激励场线圈。在测量信号的电流以及电容解耦中都需要已知大小的时变磁场，在产生磁场的过程中需要额外的能量消耗。这样的具有交变场的测量装置也只能通过磁场的脉冲重复频率来进行不连续的测量。所需的磁场脉冲重复频率进一步取决于干扰电压的频谱。由此，人们努力开发一种不需要时变磁场而使用一个永久磁铁就能仍然进行干扰信号抑制的测量装置。

由于它们对测量精度的严重影响，已知的方法是建立磁感系统和元件，用于在磁感流量传感器中对信号进行解耦，该方法在其噪音和漂移特性方面具有明显优于传统测量装置的特性，传统测量装置包括电流信号解耦结构的纯金属电极。这样的例子在US4517846和WO98/55837A1中公开。这两篇文献都提出使用非常坚硬的金属氧化物涂覆金属电极，从而使流动介质仅与该涂层直接接触，该涂层为电绝缘但多孔的结构。该多孔结构可在涂层的制造工艺本身的过程中形成，或通过后续可选的工艺形成。

这样的多孔层具有由渗入多孔结构内的介质确定的噪音降低和漂移降低效应的优点。该多孔结构在测量管内流动的介质和固体之间建立增大的接触面，由此形成信号解耦结构。此外，离子通道在微孔内形成，向固有绝缘层提供电导性。此外，该层还具有离子存储的能力，用作电荷缓冲，由此具有噪音和漂移降低效应。

更近的文献也报道了例如氮化钛涂层的分形平面结构，该涂层作为用于信号耦合和解耦的噪音和漂移降低涂层，在医疗技术领域（例如心脏起搏器）取得了巨大的成功（参见Wintermantel,E.,“Medizintechnik”,Springer,Berlin,5^th edition 2009,p.1338 et seq.）。可以预计，同样的技术方案也适用于磁感流量传感器中的信号解耦，并在其中实现对电化学感生噪音、漂移和阶跃信号的进一步抑制。