具有诊断功能的热式流量测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热式流量测量装置(1)，尤其用于确定和/或监测通过管线(2)的可流动介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)，包括至少三个传感器元件(4a、4b、4c)和电子单元(9)，以及一种用于操作热式流量测量装置(1)的方法，其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的每个至少部分地和/或不时地与所述介质(3)热接触，并且包括可加热温度传感器(5a、5b、5c)，其中，所述电子单元(9)被实施成以加热功率(P1、P2、P3)加热所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的每个，记录其温度(T1、T2、T3)，同时加热所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少两个，连续地确认所述介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)，并且同时，由温度(T11、T12、…)和/或加热功率(P11、P12、…)的成对比较中，提供有关所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个的状态(D1、D2、D3)的信息，并且在所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个上发生故障和/或沉积的情况下，执行对质量流量(ΦM)和/或流速(vD)的测量值的校正，和/或生成并输出有关所述至少一个传感器元件(4a、4b、4c)的状态的报告。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有诊断功能的热式流量测量装置
本专利技术涉及热式流量测量装置，尤其用于确定和/或监测通过管线的可流动介质的质量流量和/或流速的热式流量测量装置，其包括至少三个传感器元件和电子单元，本专利技术还涉及用于操作这样的流量测量装置的方法。另外，能够提供有关至少三个传感器元件中的至少一个的状态的信息。因此，流量测量装置包括诊断功能。
技术介绍
热式流量测量装置广泛应用于过程测量技术。本申请人制造并销售相应的现场设备，例如，其商标为t-switch、t-trend或t-mass。由诸多公开文献中已知多种基础测量原理。典型地，本专利
的流量测量装置包括至少两个传感器元件，其中每个具有尽量同样实施的温度传感器。传感器元件中的至少一个以可加热的方式来实施。就此而言，传感器元件能够包含辅助电阻加热器。然而，替选地，温度传感器也能够被实施为电阻元件，例如，以RTD电阻元件(电阻式温度检测器)的形式，尤其以铂元件的形式，诸如名称为PT10、PT100和PT1000的商业地可获得的。然后，电阻元件(也称作电阻温度计)通过向其供给的电功率的转换、例如随电流供应的增大而被加热。通常，温度传感器被布置于柱状壳体内，尤其是金属的壳体，尤其是不锈钢或哈氏合金(Hastelloy)。该壳体充当保护温度传感器例如免受腐蚀性介质的外壳。在相应至少一个可加热温度传感器的情况下，另外还须确保在可加热传感器与壳体之间提供最佳的热接触。为了记录质量流量和/或流速，将至少两个传感器元件装入可流动介质至少不时地且至少部分地流过的管线内。传感器元件与介质热接触。对此，它们能够被直接集成于管线内或者可安装在现有管线中的测量管内。这两种选择都是本专利技术的主题，而在下文中仅对管线加以讨论。在操作中，至少两个温度传感器中的至少一个被加热(有源温度传感器)，而第二个温度传感器保持未被加热(无源温度传感器)。无源温度传感器被应用于记录可流动介质的温度。在这种情况下，术语“介质的温度”意指介质在没有加热单元的额外热量输入的情况下具有的温度。有源传感器元件通常被如此加热，使得在两个温度传感器之间建立固定温差，其中，加热功率的变化被考虑作为质量流量和/或流速的测量。然而，替选地，馈送的加热功率也能够被保持恒定，以便相应的温度变化被考虑用于确定质量流量和/或流速。如果在管线中不存在流动，则通过热传导、热辐射以及在给定情况下还通过自由对流，在介质内去除来自有源温度传感器的热量。然后，为了保持某一温差，例如需要随时间恒定的热量。反之，如果存在流动，则存在来自流过的较冷的介质的流动的有源温度传感器的额外冷却。由于强制对流，产生额外的热量传输。相应地，作为流动的结果，需供给更大的加热功率才能保持固定温差，否则有源温度传感器与无源温度传感器之间的温差就会减小。供应给有源温度传感器的加热功率或温差与通过管线的介质之间的质量流量和/或流速的这种函数关系能够借助所谓的传热系数来表达。于是，传热系数与通过管线的介质的质量流量的相关性被用于确定该质量流量和/或流速。随此，介质的热物理性质以及管线中占主导的压力对所测的流动产生影响。此外，为了虑及流动与这些变量的相关性，在流量测量装置的电子单元内提供呈特性曲线形式或作为功能限定方程的组成部分的热物理性质。无法借助热式流量测量装置来直接区分向前和向后的流动。在这种情况下，术语“流向”在本文中意指宏观流向，从而不考虑局部发生的涡流或方向偏移。如果不知道流向，则尤其在流动并不随时间恒定或流动极低的情况下，在确定质量流量和/或流速的过程中可能不利地出现显著的测量误差。已经开发和公开了各种热式流量测量装置，它们除确定质量流量和/或流速之外还具有流向检测的补充功能。为了确认流向，通常利用这样的事实，即直接围绕特定的传感器元件的不同的局部流动，在相应地同等供给加热功率的情况下引起相应传感器元件的不同冷却速率。不同的局部流动能够例如通过将阻流体集成在至少两个传感器元件中的至少一个的紧邻处的管线内、通过至少两个传感器元件关于流动剖面的非等效布置或者还通过至少两个传感器元件的不同几何实施方式而加以实现。例如，在DE102010040285A1的流量测量装置的情况下，在第一可加热温度传感器与第二可加热温度传感器之间的连接线上的测量管内布置板片。然后，基于对由至少两个可加热温度传感器的相应加热功率和温度得出的所谓的判定系数的比较，确认介质的流向。为了确定流向，在专利公开文献DE102009045956A1和DE102009045958A1中同样考虑到这些判定系数。在这种情况下，DE102009045956A1的流量测量装置包括导流体，其与可加热温度传感器共同布置于基本上平行于管线轴线的线上，并且与其间隔地布置有进一步的温度传感器。相比之下，在DE102009045958A1的流量测量装置的情况下，至少两个可加热温度传感器被布置于两个套筒区段中，并且至少两个套筒区段参照测量管的轴线指向至少两个方向。在DE102007023840B4中描述了带有流向检测的热式流量测量装置，其包括至少三个传感器元件，其中两个传感器元件沿流向相继布置并且这两个传感器元件中的至少一个被加热，至少不时地根据流向，被加热的传感器被布置在未被加热的传感器元件之前，并且不时地，未被加热的传感器被布置在被加热的传感器元件之前。另外，第三传感器元件可周期性地暂时被加热并且被布置在跨前两个传感器元件的流动之外。相应获取的测量值的偏差则是关于介质流向的测量。举例而言，可在给定情况下考虑的测量值讹误的其他因素在于，所用的传感器元件中的至少一个的热阻变化，在除此之外的恒流条件下，这也会导致从加热单元到介质的热传递发生改变。这样的热阻变化也称作传感器漂移。在给定的情况下，当有效热阻的变化保持低于某一可预定极限值时，并且在检测到该变化的情况下，能够通过适当的对策而至少部分地消除传感器漂移以及对确定质量流量和/或流速的负面影响。否则，需在给定情况下至少部分地置换流量测量装置。基本上，关于热阻，内热阻与外热阻之间有所不同。内热阻尤其取决于传感器元件内(例如，套筒内)的各个组件。因此，传感器漂移可能起因于焊接过程中由于材料膨胀的拉伸载荷等所致的缺陷。相比之下，外热阻受接触介质的相应传感器元件的表面上的堆积物、材料去除或物质变换(例如，腐蚀)的影响。因此，外热阻的变化在长期操作和/或触及腐蚀性介质的情况下尤其相关。在气态或汽状介质的情况下，测量质量流量或流速还可能通过温度传感器中的至少一个上的冷凝物形成而劣化。由现有技术可知能够用于启动有关传感器元件中的至少一个的诊断的数种流量测量装置。由此提供有关传感器元件中的至少一个的状态的信息。DE102005057687A1描述了一种具有至少两个可加热温度传感器的热式流量测量装置，其中，替选地，第一温度传感器和第二温度传感器可操作成未被加热的无源温度传感器，其在第一测量间隔期间提供有关介质的当前温度的信息，并且第一温度传感器和第二温度传感器可操作成被加热的有源温度传感器，其在第二测量间隔期间提供有关通过管线的介质的质量流量的信息。一旦在第一测量间隔和第二测量间隔期间提供的两个温度传感器的相应测量值互相偏差，控制/评估单元便发出报告和/或进行校正。通过这种方式，能够识别堆积物和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定和/或监测通过管线(2)的可流动介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)的热式流量测量装置(1)，包括：至少三个传感器元件(4a、4b、4c)和一电子单元(9)，其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的每个：‑至少部分地和/或不时地与所述介质(3)热接触，并且‑包括可加热温度传感器(5a、5b、5c)，以及其中，所述电子单元(9)被实施成：‑以加热功率(P1、P2、P3)加热所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的每个，‑记录它们的温度(T1、T2、T3)，‑同时加热所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少两个，‑连续地确认所述介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)，并且同时‑提供有关所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个的状态(D1、D2、D3)的信息，并且在所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个上发生故障和/或沉积的情况下，执行对质量流量(ΦM)和/或流速(vD)的测量值的校正，和/或生成并输出有关所述至少一个传感器元件(4a、4b、4c)的状态的报告。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 DE 102014119231.11.一种用于确定和/或监测通过管线(2)的可流动介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)的热式流量测量装置(1)，包括：至少三个传感器元件(4a、4b、4c)和一电子单元(9)，其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的每个：-至少部分地和/或不时地与所述介质(3)热接触，并且-包括可加热温度传感器(5a、5b、5c)，以及其中，所述电子单元(9)被实施成：-以加热功率(P1、P2、P3)加热所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的每个，-记录它们的温度(T1、T2、T3)，-同时加热所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少两个，-连续地确认所述介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)，并且同时-提供有关所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个的状态(D1、D2、D3)的信息，并且在所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个上发生故障和/或沉积的情况下，执行对质量流量(ΦM)和/或流速(vD)的测量值的校正，和/或生成并输出有关所述至少一个传感器元件(4a、4b、4c)的状态的报告。2.根据权利要求1所述的热式流量测量装置，其中，所述电子单元(9)被实施成确定所述可流动介质(3)的流向(3a)。3.根据权利要求1或2所述的热式流量测量装置，其中，所述电子单元(9)被实施成无中断地确认质量流量(ΦM)和/或流速(vD)，确定所述介质(3)的流向(3a)和/或提供有关所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个的状态(D1、D2、D3)的信息。4.根据权利要求1所述的热式流量测量装置，其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个关于几何形状、结构和材料具有第一实施方式(4a、4b)，以及所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少第二个具有不同于所述第一实施方式的第二实施方式(4c)。5.根据权利要求1或2所述的热式流量测量装置，其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少两个传感器元件(4a、4b)被布置在所述管线(2)内的关于所述介质(3)的局部绕流(3a)等效的第一位置处，以及其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个(4c)被布置在所述管线(2)内的关于所述介质(3)的局部绕流(3b)不同于所述第一位置的第二位置处。6.根据前述权利要求中至少一项所述的热式流量测量装置，其中，所述至少三个传感器元件(4a、4b、4c)中的至少一个(4c)相对于所述管线的纵轴被布置为紧邻在阻流体(10)或其他影响流动的模块之前或之后。7.根据权利要求6所述的热式流量测量装置，其中，所述阻流体(10)具有三角形、矩形、平行四边形、梯形、圆形或椭圆形形状的横截面。8.根据前述权利要求中至少一项所述的热式流量测量装置，包括正好三个传感器元件(4a、4b、4c)，其中，所述三个传感器元件中的至少一个(4c)被布置为紧邻阻流体(10)或其他影响流动的模块。9.根据权利要求8所述的热式流量测量装置，其中，第一传感器元件(4a、S1)和第二传感器元件(4b、S2)被对称地布置在与所述管线(2)平行的假想轴的相对侧上，其中，第三传感器元件(4c、S3)被布置在所述假想轴上，以及其中，在通过所述第一传感器元件(4a、S1)和所述第二传感器元件(4b、S2)的假想连接线与所述第三传感器元件(4c、S3)之间布置有阻流体(10)，所述阻流体与所述第三传感器元件(4c、S3)的间距小于与所述假想连接线的间距。10.一种用于在正常操作模式(11)和诊断模式(13)下操作根据前述权利要求中至少一项所述的热式流量测量装置(1)的方法，所述热式流量测量装置(1)用于确定和/或监测通过管线(2)的可流动介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)并且具有至少三个传感器元件(S1、S2、S3)和电子单元(9)，其中，在所述正常操作模式(11)下，以可调谐加热功率(P1)加热所述至少三个传感器元件(S1、S2、S3)中的至少一个传感器元件(S1)，记录其温度(T1)，并且确定所述介质(3)的质量流量(ΦM)和/或流速(vD)，以及其中，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·阿诺尔德，阿克塞尔·普福，
申请(专利权)人：恩德斯豪斯流量技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH