專利名稱：用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)工作的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按權(quán)利要求1前序部分所述的用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)工作的裝置和方法。
背景技術(shù)：
一種公知的方法是，流量計(jì)具有兩個(gè)用于探測(cè)測(cè)量管運(yùn)動(dòng)的傳感器和一個(gè)用于機(jī)械激勵(lì)測(cè)量管的激勵(lì)器。
此外，還有一個(gè)用于測(cè)量測(cè)量管溫度的傳感器和有時(shí)候有一個(gè)用于測(cè)量外殼溫度的傳感器。
WO98/52000介紹了一種方法和裝置，用于識(shí)別和補(bǔ)償零點(diǎn)對(duì)科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的影響，其中有三個(gè)用于探測(cè)測(cè)量管運(yùn)動(dòng)的傳感器和一個(gè)用于機(jī)械激勵(lì)測(cè)量管的激勵(lì)器。
在這些公知的設(shè)置中，使用了用于探測(cè)測(cè)量管運(yùn)動(dòng)的傳感器線圈和用于產(chǎn)生測(cè)量管振動(dòng)所需力的激勵(lì)器線圈。在儀器中費(fèi)用和誤差概率隨著所使用的激勵(lì)器和傳感器的數(shù)量上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為科里奧利質(zhì)量流量計(jì)提供一種簡(jiǎn)化的裝置和一種簡(jiǎn)化的方法。
該目的在裝置方面通過(guò)權(quán)利要求1所述特征得以實(shí)現(xiàn)，在方法方面通過(guò)權(quán)利要求9所述特征得以實(shí)現(xiàn)。
依據(jù)本發(fā)明，在測(cè)量管上安裝至少兩個(gè)有功組件，它們分別作為激勵(lì)器(執(zhí)行元件)和/或者測(cè)量信號(hào)接收器(傳感器)工作。
在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，有功組件是由活動(dòng)鐵心傳感器構(gòu)成，帶有各自一個(gè)線圈和可在線圈內(nèi)移動(dòng)的磁芯。這種活動(dòng)鐵心傳感器以公知的方式這樣工作，作為傳感器工作時(shí)磁芯的移動(dòng)在線圈內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電壓，而作為激勵(lì)器工作時(shí)施加到線圈上的交流電壓周期性激勵(lì)磁芯進(jìn)行振動(dòng)。
在依據(jù)本發(fā)明的方案中，每個(gè)線圈或者作為傳感器用于檢測(cè)測(cè)量管運(yùn)動(dòng)或者作為激勵(lì)器用于產(chǎn)生測(cè)量管振動(dòng)的力。
由此測(cè)量管可以不同的振動(dòng)方式工作。
此外，線圈通過(guò)充分利用電壓和電流之間的相位信息同時(shí)作為激勵(lì)器和傳感器工作。
此外存在一種冗余度，從而該測(cè)量裝置即使在一個(gè)傳感器/激勵(lì)器斷開后仍正常工作。激勵(lì)器可以通過(guò)瞬時(shí)緊急運(yùn)行的警告得到通知，并因此可以準(zhǔn)備備件或者修理。
通過(guò)可以測(cè)量每個(gè)傳感器/激勵(lì)器的電流和電壓，可以確定線圈的電阻。因此可以識(shí)別電纜斷裂或者測(cè)量溫度。
(銅的電阻隨著溫度變化而變化)因?yàn)槟M-數(shù)字轉(zhuǎn)換器同步，所以可以測(cè)量激勵(lì)器電流和電壓之間的，但也可以測(cè)量激勵(lì)器和傳感器之間的延遲。
在一特別重要和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中，每個(gè)單個(gè)線圈同時(shí)作為激勵(lì)器和傳感器工作。為此既測(cè)量各自線圈電流的振幅也測(cè)量相位。從所施加的激勵(lì)器電壓和線圈電流之間的相位關(guān)系和振幅比中可以計(jì)算出通過(guò)測(cè)量管振動(dòng)感應(yīng)的電壓。從中特別是得出測(cè)量管振動(dòng)的相位。
通過(guò)所述的將線圈同時(shí)作為激勵(lì)器和傳感器使用，該流量測(cè)量裝置也可以利用總計(jì)僅兩個(gè)線圈工作。
第一次實(shí)現(xiàn)了可以在迄今為止的這些裝置(現(xiàn)有技術(shù))中簡(jiǎn)單取消激勵(lì)器。但也可以設(shè)想其他的設(shè)置。現(xiàn)在僅有兩個(gè)線圈的位置例如既可以對(duì)傳感器功能也可以對(duì)執(zhí)行元件功能進(jìn)行優(yōu)化。(傳感器應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離裝置中心，以便含有較大的相移。相反，如果激勵(lì)器盡可能靠近該中心的話，會(huì)優(yōu)化其力傳遞。)可能在該裝置上存在帶有最大可能電動(dòng)勢(shì)的位置，也就是不處于裝置中心上最大可能的偏移。
此外應(yīng)考慮這種設(shè)置對(duì)線圈和磁鐵形狀提出特殊要求。所以在現(xiàn)有技術(shù)中的裝置上，一般情況下傳動(dòng)裝置和傳感器的線性電動(dòng)機(jī)具有不同的結(jié)構(gòu)。


圖1示出本發(fā)明可能的實(shí)施例。
A，C，B為傳感器線圈，但它們同樣也可以作為激勵(lì)器使用。
圖1中示出的其他部件為
DSP/CPU 數(shù)字信號(hào)處理器/中央處理器(微處理器)ADC 模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器DAC 數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器TP低通濾波器SA，SB，SC傳感器/執(zhí)行元件的開關(guān)A，B，CTp1，Tp2，Th 溫度傳感器，用于探測(cè)管溫度(Tp1，Tp2)或環(huán)境溫度(Th)VA，VA′，VB，VB′，VC，VC′ 放大器SA，SB，SC 傳感器/執(zhí)行元件單元A，B，C的傳感器信號(hào)UA，UB，UC 傳感器/執(zhí)行元件單元A，B，C的控制電壓IA，IB，IC 傳感器/執(zhí)行元件單元A，B，C的電流測(cè)量裝置具體實(shí)施方式
通過(guò)由數(shù)字信號(hào)處理器控制的開關(guān)SA，SB和SC各自將傳感器線圈A，B或者C在作為傳感器或者作為激勵(lì)器工作方式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
傳感器工作在作為傳感器工作時(shí)，感應(yīng)的傳感器電壓借助一個(gè)輸入放大器放大，限制頻帶(圖形保真濾波器)并隨后輸送到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC。在圖1的實(shí)施例中，例如線圈A的傳感器信號(hào)通過(guò)開關(guān)SA輸送給放大器VA，在那里放大，輸送給低通濾波器TP并在其之后輸送給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC，此后將按照這種方式預(yù)處理的傳感器信號(hào)SA然后輸送給數(shù)字信號(hào)處理器DSP做進(jìn)一步處理。線圈C和B的相應(yīng)線路內(nèi)的信號(hào)處理類似完成。
在作為傳感器工作時(shí)，開關(guān)SA，SB和SC不處于圖1示出的開關(guān)位置上，而是相應(yīng)地處于其他開關(guān)位置上。
執(zhí)行元件工作如果讓傳感器線圈A，B，C作為執(zhí)行元件工作的話，那么開關(guān)SA，SB和SC進(jìn)入圖1中所示的開關(guān)位置內(nèi)，由數(shù)字信號(hào)處理器DSP發(fā)出的信號(hào)控制，正如通過(guò)相應(yīng)的箭頭連接所示那樣。從數(shù)字信號(hào)處理器輸出線圈電壓UA，UB，UC的各自預(yù)先規(guī)定值，并通過(guò)數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器DAC從中產(chǎn)生正弦波信號(hào)，該信號(hào)借助后置的低通濾波器TP限制頻帶，然后通過(guò)相應(yīng)配置的功率放大器VA′，VB′，VC′施加到各自的執(zhí)行元件線圈A，B或者C上。
同時(shí)執(zhí)行元件電流從放大器VA′，VB′，VC′返回，通過(guò)低通濾波器TP首先限制頻帶，然后通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC數(shù)字化并作為電流測(cè)量值IA，IB或IC輸送給數(shù)字信號(hào)處理器做進(jìn)一步處理。
模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在此方面同步，從而隨時(shí)了解有關(guān)各執(zhí)行元件電流IA，IB或IC和各執(zhí)行元件電壓UA，UB或UC之間相位關(guān)系的信息。
此外，可以進(jìn)行至少一次測(cè)量管溫度(Tp1，Tp2)的測(cè)量以及另一次外殼溫度(Th)的測(cè)量。上述溫度傳感器的測(cè)量值如圖1右上側(cè)所示，也通過(guò)相應(yīng)的前置放大器、低通濾波器和模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器作為溫度信號(hào)輸送給數(shù)字信號(hào)處理器做進(jìn)一步處理。
儲(chǔ)存在數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)的程序現(xiàn)在確定三個(gè)線圈A，B，C的哪一個(gè)作為執(zhí)行元件，哪一個(gè)作為傳感器工作。例如線圈C可以作為執(zhí)行元件工作，開關(guān)SC然后處于圖1中所示的位置上。另外兩個(gè)線圈A，B然后作為傳感器線圈工作，然后相應(yīng)的開關(guān)SA和SB處于其他開關(guān)位置上。
但一種很有意義的工作狀態(tài)也可以在于，線圈A作為執(zhí)行元件，線圈C和B作為傳感器工作。然后開關(guān)SA處于其圖1中所示的開關(guān)位置上，而開關(guān)SB和SC各自處于其他開關(guān)位置上。
但總體上在圖1的實(shí)施方式中，每個(gè)線圈僅以一種預(yù)先選擇的工作方式工作，即或者作為執(zhí)行元件或者作為傳感器。
圖2示出本發(fā)明的另一可能的實(shí)施例。在圖2的實(shí)施例中，線圈之一的各自工作方式的配置，它們可作為傳感器還可作為執(zhí)行元件工作，比圖1的實(shí)施方式操作更為靈活。另一區(qū)別在于，圖2的實(shí)施方式中在測(cè)量管上安裝四個(gè)線圈，即A，B，C，D。在圖2的實(shí)施例中也具有用于檢測(cè)管輸入端和管輸出端上管溫度的溫度傳感器Tp1和Tp2以及用于檢測(cè)外殼溫度的溫度傳感器Th。但與圖1的區(qū)別在于，信號(hào)檢測(cè)線路-放大器、低通濾波器TP、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC-為檢測(cè)溫度信號(hào)而簡(jiǎn)化了，參見圖2右上側(cè)。多路復(fù)用器的作用是，由數(shù)字信號(hào)處理器DSP通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器和該多路復(fù)用器之間相應(yīng)的有效線路控制，可以分別依次輪流詢問(wèn)三個(gè)溫度傳感器Tp1，Tp2，Th的溫度信號(hào)。這種實(shí)施方式節(jié)省了幾個(gè)部件，因?yàn)闇囟葌鞲衅?信號(hào)檢測(cè)線路僅需簡(jiǎn)單構(gòu)成。
與圖1帶有那里示出的相對(duì)固定配置線圈工作方式的實(shí)施方式相反，在圖2的實(shí)施方式中，單個(gè)線圈工作方式的配置通過(guò)多路復(fù)用器實(shí)現(xiàn)。控制執(zhí)行元件的激勵(lì)器由電壓-線路-電壓信號(hào)U、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器DAC、低通濾波器TP、放大器和相應(yīng)反饋的電流信號(hào)-通過(guò)另一低通濾波器TP、通過(guò)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)I組成，與圖1相應(yīng)已經(jīng)進(jìn)行了說(shuō)明。在圖2的實(shí)施方式中，具有兩個(gè)這種激勵(lì)器電路用于執(zhí)行元件控制，采用UA或IA和采用UB或IB標(biāo)注。通過(guò)各一個(gè)分配給放大器的多路復(fù)用器，可以將執(zhí)行元件控制電壓分配給四個(gè)線圈A，B，C，D的每一個(gè)。執(zhí)行元件控制電壓分配給各自線圈的哪一個(gè)，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理器DSP內(nèi)具有的程序決定。多路復(fù)用器的選擇和控制通過(guò)多路復(fù)用器控制線路進(jìn)行。按照這種方式，可以非常靈活地選擇四個(gè)線圈每一個(gè)的工作方式。
在圖2控制執(zhí)行元件激勵(lì)器的下面，示出三個(gè)信號(hào)線路用于檢測(cè)線圈的傳感器電壓。如上面在圖1中已經(jīng)說(shuō)明的那樣，該信號(hào)線路由一個(gè)放大器、一個(gè)低通濾波器以及一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC組成。在圖2的實(shí)施方式中，放大器和各自的線圈之間在這里也為信號(hào)線路各自分配一個(gè)多路復(fù)用器。這些信號(hào)線路-多路復(fù)用器也通過(guò)多路復(fù)用器-控制線路進(jìn)行控制和選擇。按照這種方式，四個(gè)線圈的每個(gè)可以非常靈活地接入三個(gè)信號(hào)線路的每一個(gè)，根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)的程序確定。該裝置的工作由此可以非常靈活地操作。
圖2實(shí)施方式的另一優(yōu)點(diǎn)在于，一個(gè)線圈現(xiàn)在可以同時(shí)既作為執(zhí)行元件又作為傳感器工作。這一點(diǎn)在觀察上述說(shuō)明書的情況下產(chǎn)生。
例如，在相應(yīng)接通兩個(gè)相關(guān)多路復(fù)用器的情況下，線圈A通過(guò)執(zhí)行元件控制線路UA/IA可以作為執(zhí)行元件控制，同時(shí)通過(guò)信號(hào)線路C該線圈信號(hào)可以作為傳感器信號(hào)檢測(cè)。
例如可以這樣看出四個(gè)線圈A，B，C，D控制的可能很有意義的次序，使線圈A和B作為執(zhí)行元件線圈工作，線圈C和D作為傳感器線圈工作，并在此后不久使線圈C和D作為執(zhí)行元件工作，使線圈A和B作為傳感器線圈工作。
此外，圖1和2的實(shí)施例中介紹的電子組件，如放大器、多路復(fù)用器、低通濾波器、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器為公知的電子組件，并可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)利用最現(xiàn)代化的元件進(jìn)行制造，就此而言是普通專業(yè)人員可以探測(cè)的知識(shí)。這一點(diǎn)同樣適用于所介紹的數(shù)字信號(hào)處理器DSP。
權(quán)利要求
1.用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)工作的裝置，該流量計(jì)帶有至少一個(gè)測(cè)量管，其特征在于，在測(cè)量管上安裝至少兩個(gè)有功組件，它們分別作為激勵(lì)器(執(zhí)行元件)和/或者測(cè)量信號(hào)接收器(傳感器)工作。
2.按權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，有功組件是帶有磁芯的活動(dòng)鐵心傳感器。
3.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，每個(gè)有功組件或者作為傳感器或者作為執(zhí)行元件工作。
4.按權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，每個(gè)有功組件同時(shí)作為執(zhí)行元件和作為傳感器工作。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，每個(gè)有功組件通過(guò)與它們對(duì)應(yīng)的開關(guān)在作為傳感器和執(zhí)行元件的工作方式之間轉(zhuǎn)換。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，為作為傳感器工作方式的每個(gè)有功組件對(duì)應(yīng)至少一個(gè)前置放大器、一個(gè)低通濾波器和一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
7.按前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，為作為執(zhí)行元件工作方式的每個(gè)有功組件為激勵(lì)對(duì)應(yīng)至少一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器、一個(gè)低通濾波器和一個(gè)功率放大器。
8.按前述權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于，開關(guān)、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。
9.用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)工作的方法，帶有至少一個(gè)測(cè)量管，其特征在于，測(cè)量管上安裝至少兩個(gè)有功組件，每個(gè)有功組件作為激勵(lì)器(執(zhí)行元件)和/或者測(cè)量信號(hào)接收器(傳感器)工作。
10. 按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，有功組件作為活動(dòng)鐵心傳感器工作。
11.按權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，每個(gè)有功組件通過(guò)由微處理器控制的一個(gè)開關(guān)在傳感器和執(zhí)行元件-工作之間轉(zhuǎn)換。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，在作為傳感器工作時(shí)信號(hào)電壓經(jīng)放大、濾波和在一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器中數(shù)字化后輸送到微處理器。
13.按權(quán)利要求9-12之一所述的方法，其特征在于，在執(zhí)行元件工作時(shí)從數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)正弦波信號(hào)，該信號(hào)借助低通濾波器限制頻帶并然后通過(guò)功率放大器施加到有功組件的線圈上。
14.按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，執(zhí)行元件電流通過(guò)另一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器測(cè)量并輸送到微處理器。
15.按權(quán)利要求9-14之一所述的方法，其特征在于，測(cè)量測(cè)量管和/或者外殼的溫度。
16.按權(quán)利要求9-15之一所述的方法，其特征在于，每個(gè)單個(gè)的有功組件同時(shí)作為執(zhí)行元件和傳感器工作。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，既測(cè)量各自線圈電流的振幅也測(cè)量相位，并從所施加的執(zhí)行元件電壓和線圈電流之間的振幅比中計(jì)算出通過(guò)測(cè)量管振動(dòng)感應(yīng)的電壓。
18.按權(quán)利要求9-17之一所述的方法，其特征在于，該方法由一個(gè)微處理器控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)工作的裝置和方法，該流量計(jì)帶有至少一個(gè)測(cè)量管，其特征在于，安裝在測(cè)量管上的至少兩個(gè)有功組件，它們分別作為激勵(lì)器(執(zhí)行元件)和/或者測(cè)量信號(hào)接收器(傳感器)工作。有功組件是由帶有磁芯的活動(dòng)鐵心傳感器構(gòu)成。每個(gè)有功組件或者作為傳感器或者作為執(zhí)行元件或者同時(shí)作為執(zhí)行元件和作為傳感器工作。每個(gè)有功組件通過(guò)與它們對(duì)應(yīng)的開關(guān)在作為傳感器和執(zhí)行元件的工作方式之間轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)G01F1/84GK1624432SQ20041001042
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者R·勒斯賈克, R·弗里德里奇斯, J·格哈德特, S·科爾勒, F·卡斯蘇貝克 申請(qǐng)人:Abb專利有限公司