能够自动选择操作设定点的磁流量计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及流处理，具体地涉及一种磁流量计。
【背景技术】
[0002] 磁流量计（或者磁流量表）通过法拉第感应（电磁效应）测量流量。磁流量计通 常包括流量管和变送器。流量管包括：管道；安装在所述管道上的场线圈（可以包括多个 线圈）；以及延伸通过所述管道的电极。变送器向场线圈供电以便在管道部两端产生磁场， 磁场在过程流两端感应电动势（EMF)。使用延伸通过管道部并与过程流相接触的电极对， 或通过电容耦合，来感测得到的电势差（或电压）。流速率与感应到的EMF成正比，体流率 (volumetric flow rate)与流速率和流横截面面积成正比。变送器从电极接收感测到的电 压，并产生表示测量流的信号。
[0003] 通常，电磁流测量技术适用于水基流体、离子溶液和其他导电液体流。具体的用 途包括水处理设施、高纯度医药制造、卫生食品和饮料生产以及包括有害和腐蚀性过程流 的化学处理。磁流量计还用于包括利用磨蚀和腐蚀性泥楽的液压破碎技术（hy drau I i c fracturing technique)的碳氢化合物燃料行业，以及其他的碳氢化合物提取和处理方法。
[0004] 由于相关联的永久性压力损失（例如孔板或者文氏（Venturi)管两端），使得磁 流量计在基于压差的技术不受欢迎的应用中提供快速、精确的流测量。当难以将机械元件 (例如，涡轮转子、涡流元件或者皮托管）引入所述过程流或者不切实际时，也可以采用磁 流量计。
[0005] -些磁流量计使用由AC线路电源直接驱动的场线圈。另一类型的磁流量计（通 常称作脉冲式DC磁流量计）用低频方波周期性地对该场线圈进行激励或供电。脉冲式DC 磁流量计使用以由方波激励确定的频率改变方向的磁场。
[0006] 在磁流量计中，场线圈的线圈电流和绕组数目确定了与流过流量管的导电过程流 体垂直的磁场的强度。横向切割该磁场的过程流体的流速在暴露于过程流体的电极上产生 较小电势。针对给定数目（匝数）的绕组和绕组中的给定线圈电流，在电极上产生的信号 直接地（线性地）与流速成正比。
[0007] 在给定流速下，通过流经磁流量计的流体产生的典型噪声谱展现了与频率的倒数 成正比的幅度（通常称作"l/f噪声"或"粉红噪声"）。流速率越大，噪声等级也越大。因 此，这通常对于能够在较高激励频率下进行操作以便改善信噪比的磁流量计是有利的。由 于在磁流量计的电极处产生的信号等级直接与场线圈的安培圈数（即，线圈电流（安培） 乘以绕组数目或场线圈匝数）成正比，还希望能够在较高线圈电流下进行操作，以便改善 信噪比。
[0008] 在脉冲式DC磁流量计中，磁场以激励频率改变方向。当磁场改变了方向时，通过 快速改变磁场而产生被电极感测到的电压尖峰。为了进行流测量，流量计的电极电压测量 电路必须在进行测量之前等待，直到该电极电压尖峰稳定。潜在错误的另一来源在于：如果 线圈中的电流不稳定，或如果磁场的改变滞后于电流的改变并且是缓慢变化的，则得到的 耦合到电极信号的电压将出现错误的流读数。在某最大频率下，线圈驱动电路无法令线圈 电流或磁通量密度（magnetic flux density)稳定，结果变化的线圈电流感应出与流无关 的电极电压改变。在该最大激励频率上的操作将导致流测量的准确度和可重复性变差。不 稳定的电流驱动降低了流测量的零准确度（zero accuracy)。
[0009] 针对不同直径和构造的流量管，线圈电流稳定的速率是不同的。由于线圈电流在 较小直径的流量管中更快稳定，相较于较大直径的流量管，较小直径的流量管可以以较高 激励频率进行操作。此外，构造流量管使用的某些材料的磁性特性和电学特性可能引起磁 通量密度滞后于线圈中的电流。这对于操作在较高频率下的线圈而言十分重要。
[0010] 对驱动电流波形的主要影响是场线圈以及在线圈驱动电路和流量管之间的引线 (lead)的电感和电阻。根据流直径和供应商不同，磁流量管具有多种不同的电感值和电阻 值。根据用于将变送器与流量管相连的线缆的电阻值，对相同流量管的不同安装方式可以 具有变化超过二分之一的传感器电阻。即使在单个供应商的产品线中，在场线圈的电感和 流量管的流直径之间也不存在直接关系。新流量管以及对已有型号的流量管的设计改变可 能导致在制造特定变送器时不可用的不同线圈电感值和电阻值。
[0011] 因此，难以针对特定流量管和变送器的组合确定适当的工作点。不能提前确定用 于普遍地操作电流和频率的优化设定点。
【发明内容】
[0012] 一种磁流量计包括：流量管；以及变送器，基于操作设定点向流量管提供激励。变 送器基于场线圈电阻、场线圈电感、变送器和/或流量管的额定功率以及性能准则选择，自 动地确定操作设定点。变送器基于所确定的操作设定点，向流量管提供激励，并基于由流量 管产生的感测电压信号，提供流测量值。
【附图说明】
[0013] 图1是磁流量计的框图。
[0014] 图2是示出了图1的磁流量计的线圈驱动器和相关测量电路的框图；
[0015] 图3是示出了由变送器自动选择设定点的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 图1示出了示例磁流量计10,包括初级部（流量管或传感器）IOA和次级部（变 送器）1〇Β。流量管IOA包括管道12、绝缘内衬14、电极16A和16B以及由串联线圈18A和 18B形成的场线圈18。
[0017] 流量管IOA的主要功能是产生与待测流体的速度成正比的电压。通过使电流通过 线圈18A和18B来给线圈提供电能以形成磁场。在脉冲式DC磁流量计中，周期性地反转线 圈驱动电流的方向，使得由场线圈18A和18B产生的磁场改变方向。流经流管道IOA内部 的过程流体用作移动导体，以便磁场在该流体中感应电压。流量管IOA内部齐平安装的电 极16A、16B与导电的过程流体直接电接触，从而拾取在流体中出现的电压。为了防止电压 被短路，必须将流体容纳在电绝缘材料中。当管道12是金属管时，由内衬14提供电绝缘， 内衬14是非导电材料，例如，聚氨酯、聚四氟乙烯（PTFE)，或其它绝缘材料。
[0018] 变送器IOB解译在电极16A和16B处产生的电压，并将准则化信号发送至监测或 控制系统。通常将次级部IOB称作变送器或信号转换器。
[0019] 变送器IOB通常包括信号处理器20、数字处理器22、线圈驱动器24、通信接口 26 和本地操作接口 28。信号转换、调节和传输是变送器IOB的主要功能。
[0020] 数字处理器22控制由线圈驱动器24向线圈18A、18B提供的脉冲式DC线圈驱动 电流的脉冲频率。由线圈驱动器24提供的电流波形是方波，其频率被称作脉冲频率或激励 频率。该方波可以具有由数字处理器22选择的可变占空比。
[0021] 信号处理器20连接至电极16A和16B并接地。接地连接可以是连接至管道12,或 可以连接至管道12的凸缘或者管道部分上游或下游。
[0022] 在由数字处理器22限定的电极电压采样时段期间，信号处理器20监测电极16A 处的电势VA和电极16B处的电势VB。在电极电压米样时段期间，信号处理器20产生对电 极16A和16B之间电势差加以表不的电压，并将该电压转换为对电极电压加以表不的数字 信号。数字处理器22可以对从信号处理器20接收到的数字信号执行进一步的信号处理和 滤波。数字处理器22向通信接口 26提供流测量数值，通信接口 26将该数值传送至可以位 于控制室的监测或者控制系统（未示出）。通过通信接口 26进行的通信可以为以下形式： 在4至20mA之间变化的模拟电流级、HART?通信协议（其中在4-20mA电流上调制数字 信息）、数字总线上的通信协议（例如，FieldbusdEC 61158))、或者使用无线协议（例如， 如WirelessHART (IEC 62951))在无线网络上的无线通信。
[0023] 流量计10提供自动方法用于基于流量管IOA的特性以及流量管IOA和变送器IOB 的额定功率，选择对激励频率、线圈驱动电流和可选的线圈驱动占空比的最佳组合加以表 示的操作设定点。可以在安装时现场执行、在对变送器通电时自动执行、或当流量管IOA和 变送机IOB处于操作时在后台连续地执行对操作频率、电流和占空比的自动选择。
[0024] 数字处理器22基于将参数用作输入的算法以及由操作者进行的准则选择，执行 自动选择设定点，以便针对现场的特定安装方式的变送器IOB确定设定点