用于在向被供送通过的测量体积施加磁场的情况下测量介质的流速的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于在向被供送通过的测量体积施加磁场并解耦出在测量体积中感应的电信号的情况下测量导电介质的平均流速的方法，其中所述电信号的基于由湍流运动引起的流速的随机波动的波动部分被采集作为随时间的有效信号，且在预定时段上，借助于有效信号的加权积分确定平均流速。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于在向被供送通过的测量体积施加磁场的情况下测 量介质的流速的方法。特别是，本专利技术涉及这样一种方法，该方法还允许 使用随时间恒定的磁场。
技术介绍
实际中，磁感应式流动(Str6mung)或流量测量技术的原理自身已被 证明是极其突出的。与其他的测量原理相比，它具有许多优点；例如，测 量值与密度、粘度无关，且在某些限制内还与流动特性和介质的电导率无 关，只要电导率超过近似lPS/cm的最小值即可。此外，根据这种原理工 作的传感器也可在测量体积中免去任何收縮部或死区。因此，它们还适合 于测量带有固体的脏的液体流。在适当地选择电绝缘内壁衬里和信号解耦 (Signalauskopplung)的类型的情况下，它们还可用于侵蚀性和腐蚀性流体。在大多数的情况下，使用的是电流信号解耦，其中，长条形或球形帽 状的金属电极与介质直接(电流)接触，所述电极通过利用穿过管内壁的 贯穿通道设置，且具有小的直径(通常数毫米)。它们必须设有相对于管壁 的可靠密封件。这种类型的解耦由于可靠和简单的设置而突出，但在电极 和密封件处易受化学攻击、沉积和磨损。对高的工作温度的控制需要精细 调节电极材料和壁材料的热膨胀系数。这些不足可通过电容信号解耦得到避免。在这种情况下，电极不与介 质接触，介质就其而言仅与管内壁接触。因此，设计目标被简化为选择足 够耐用的内壁材料。所描述的磁感应式流量传感器的优点-连同由信号解耦的类型决定的 两种模式-是磁感应测量原理具有大的应用范围的原因所在。然而，这些 优点与产生磁场所需的显著大的能量花费的缺点相矛盾。两种模式都需要可随时间变化的磁场，以便-如在电流信号解耦的情况下-用于消除干扰性 的电化学势，或对于原理上的物理原因-如在具有确定的耦合电容的电容信 号解耦的情况下-用于从根本上实现信号解耦。这些场可仅由 一个电磁体产 生。因此，在现有的磁感应流量和流动传感器的情况下，对产生磁场的能 量需求几乎总是由电能网络满足。然而，这违背了传感器技术的未来发展的当前趋势，未来发展的当前 趋势的特点是，对于所谓的"能量自给"系统产生巨大兴趣，所述"能量 自给"系统由不依赖于电网的能量源(电池、蓄电池、太阳能电池等)满 足它们的能量需求，且在该过程中可达到至少五年的使用寿命。因此，显而易见的是，在能量自给方面合适的测量方法只有在可单独 地使用永久磁体的基础上根据磁感应原理才能令人信服地实施。对于以电容信号解耦的流动和流量传感器，已存在相应的解决方案的 建议。因此，例如在DE10221677A1中建议用永久磁场替代可随时间变化的 磁场、以及用这样的耦合电容替换之前固定的耦合电容，所述这样的耦合 电容可以以可预定的时间周期控制，且就它们而言允许在同一时间周期中 进行电容信号解耦。在DE102005043718A1中描述了一种替代方案，其中，信号解耦通过 可控的半导体-优选场效应晶体管(FET)-提供，感应电压直接作用在设 有绝缘层的其栅上，其中，栅与测量介质接触。这种实际上无电流的测量 方法避免了电容器的另外必须的充电，其中，对充电进行估计以作为流速 的度量。然而，它仍被看作是电容方法，其中，要在栅极处测量的电压精 确地模拟该充电。优点在于，甚至小的流速变化也会在永久磁场中产生可 容易测量到的信号。因此，乍一看并不觉奇怪的是基于永久磁场和FET的测量装置在恒 定流速下的作为信号解耦的测量信号是随时间恒定的水平值与可随时间绕 着水平值变化的轻微波动的叠加。这种类型的信号本身从最早的MID公知， 其中，使用了永久磁体和电流解耦。这些波动通过使用测量技术抑制或以 多种公知方式在计算时消除。然而，经再三考虑后，本领域的技术人员可以看出，在两种类型的解4耦中的波动的物理原因可能明显不同。例如，最终探测空间平均的电场的FET处的用于信号的局部电荷分布的随机变动不是非常重要的，但这对实际 上为点状的电流电极却有着明显的影响。在FET解耦的情况下，甚至其他 材料影响、特别是杂质远不如在电流解耦的情况下那么重要。在这两种情况下，信号波动的唯一的某一共同原因是，流体运动由于 湍流而遭受破坏。因为即使在流体固有的层流的情况下，也会例如由于管 内壁的粗糙度等原因使流速产生小的波动。在下文中，要引用有关湍流研究的多个成果(例如参看J.G.M.Eggels 的 "Z irect 朋<^ ^ar《e jfibWy sj'咖7a h'o" of 7!^w7e/ t 尸2opt i; a O^i/^rj'csJ/^pe&o/zzetiT"，代夫特大学论文1994，代夫特大学出版社， ISBN 90-6295-940-8)。从此公知的是，湍流现象通过耦合的旋涡的能量传递经过整个彼此的 串联扩展，耦合旋涡在它们的尺寸方面从由流动几何特性决定的最大尺寸 小到在分子间空间的区域发现的最小尺寸。在具有内径D的管的情况下，最大旋涡的特征在于，它具有尺寸L" 0.1D的典型长度标度L。为维持旋涡所需的能量源自流动，由于它是驱 动最大旋涡的流动。借助于沿着能量级串从较大的旋涡连续传递到越来越 小的旋涡，该能量最终耗散在所谓的柯尔莫哥洛夫(Kolmogorov)标度上， 即转化为热。除了该长度标度，还具有典型的速度标度，该速度标度被指定为 u。它的特征在于波动速度。作为其结果，具有由商L/u给出的典 型的时间标度。它可被解释为旋涡的典型寿命。其倒数值u/L描述了 一种典型的频率标度。在此之后是典型能量(每单位质量)n2和典型 (平均)能量耗散率(每单位质量)，该能量耗散率通过能量和寿命的商e =u2/(L/u) 二uVL给出。有趣的是，平均耗散率e不依赖于介质的微观结构，即与其分子性质 例如其粘度无关。相反，它仅由流动本身即由流动几何特性(亦障碍物、 表面条件等)和平均流速确定。上述陈述对于湍流理论是十分重要的它表明湍流是介质流动的特性 而不是介质的特性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于根据磁感应原理测量流速的方法， 所述方法一方面允许使用随时间恒定的磁场，同时可通过任何期望类型的 信号解耦、特别是电流和/或电容信号解耦执行。具有权利要求1的特征部分的特征以及其前序部分的特征的方法用于 实现该目的。这种方法的有利的技术方案列于从属权利要求中。应当提及的是，下面的描述仅是永久磁场。然而，这绝不能理解是限 制性的。即使在使用特别是具有限定的时间特性的交变磁场的情况下，下 面的描述仍然有效。只不过这不是相对于期望的能量自给背景优选的构造 形式。配备有最小电导率的介质通过被磁场穿过的体积空间的每一技术工程上(technische)的流动会导致在该体积内形成感应磁场，所述电场包括彼 此叠加的两个信号部分。第一信号部分是平均流速的度量，其由传统的磁感应流量和流动传感 器使用。第二信号部分可主要被溯及到湍流现象，所述湍流现象在流动中普遍 存在。这特别是在借助于FET进行信号解耦的情况下是真实的，但在电流 解耦的情况下考虑另一信号起因。但第一信号部分不能与由流动引起的缓慢变化的信号分开，其中，该 缓慢变化的信号例如作为电化学干扰信号出现，而第二部分仅由流动和由 流动触发的随机过程引起。这例如从此得出，尽管瞬时值例如速度经受大 的随机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在向被供送通过的测量体积施加磁场并解耦出在测量体积中感应的电信号的情况下测量导电介质的平均流速的方法，其特征在于，　所述电信号的可被溯及到由湍流运动引起的流速的随机波动的波动部分被采集作为随时间的有效信号，且在预定时段上，借助 于有效信号的加权积分，确定平均、特别是空间平均流速。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G施坦格，
申请(专利权)人：齐伦投资专利II两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]