專利名稱：科里奧利質(zhì)量流量測量儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種科里奧利質(zhì)量流量計/密度計，其用于管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)，本發(fā)明還涉及一種用于產(chǎn)生代表質(zhì)量流量的測量值的方法。
在過程測量及自動化技術(shù)中，為了測量管道中流動的流體的物理參數(shù)，例如質(zhì)量流量、密度和/或粘度，經(jīng)常使用這種測量儀表，其利用插入引導(dǎo)流體的管道中且在操作中由流體流經(jīng)的振動型測量變送器以及與其相連的測量及操作電路影響流體中的反作用力，例如對應(yīng)于質(zhì)量流量的科里奧利力、對應(yīng)于密度的慣性力或?qū)?yīng)于粘度的摩擦力等，測量儀表從這些力得到代表流體的當(dāng)前質(zhì)量流量、當(dāng)前粘度和/或當(dāng)前密度的一個或多個測量信號。這種類型的振動型測量變送器例如在以下文獻中有所說明WO-A03/076880、WO-A02/37063、WO-A01/33174、WO-A00/57141、WO-A99/39164、WO-A98/07009、WO-A95/16897、WO-A88/03261、US2003/0208325、US-B6513393、US-B6505519、US-A6006609、US-A5869770、US-A5796011、US-A5602346、US-A5301557、US-A5218873、US-A5069074、US-A4876898、US-A4733569、US-A4660421、US-A4524610、US-A4491025、US-A4187721、EP-A553939、EP-A1001254或EP-A1281938。
為了引導(dǎo)流體，測量變送器包括至少一個測量管，其容納在例如管狀或盒狀支持框架中。測量管具有彎曲或直的管段，在操作期間由電機激勵裝置令該管段振動，以產(chǎn)生上述反作用力。為了檢測特別是入口端和出口端的管段振動，測量變送器還具有對管段的運動有所反應(yīng)的電物理傳感器設(shè)置。在用于管道中流動的介質(zhì)的科里奧利質(zhì)量流量計的情況中，質(zhì)量流量的測量是這樣實現(xiàn)的允許介質(zhì)流經(jīng)插入管道中的測量管并且在操作中振動測量管，從而介質(zhì)受到科里奧利力。這使得測量管的入口端和出口端區(qū)域彼此相移地振蕩。相移大小用作質(zhì)量流量的量度。因此，測量管的振蕩被利用前述傳感器設(shè)置的沿測量管的長度彼此分離的兩個振蕩傳感器檢測并且被轉(zhuǎn)換為振蕩測量信號，由它們彼此的相移而得出質(zhì)量流量。
上述的US-A 41 87 721已經(jīng)提到，流動介質(zhì)的瞬時密度通常也可以利用科里奧利質(zhì)量流量計測量，并且實際上基于由傳感器設(shè)置發(fā)送的至少一個振蕩測量信號的頻率。另外，待測量的流體的溫度通常也以合適的方式直接測量，例如利用設(shè)置在測量管上的溫度傳感器。于是可以假設(shè)，在任何情況中，利用現(xiàn)代科里奧利質(zhì)量流量測量儀表還能夠測量介質(zhì)的密度和溫度，特別是考慮到這些測量通常可以用于補償由于波動的流體密度而引起的測量誤差；關(guān)于這一點，特別地參見WO-A02/37063、WO-A99/39164、US-A 56 02 346或WO-A00/36379。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在所述類型的測量變送器的使用中，在非均勻介質(zhì)的情況中，特別是在兩相或多相流的情況中，從測量管的振蕩得到的振蕩測量信號特別是還有所述的相移都受到可觀的波動，盡管單獨流體相的粘度和密度以及質(zhì)量流量實際上是恒定的并且/或者已經(jīng)被得到合適的考慮，從而如果沒有補救措施則這些信號將完全不能用于測量期望的物理參數(shù)。這種非均勻介質(zhì)可以是例如液體，在給料或灌注過程的情況中管道中存在的氣體特別是空氣不可避免地被引入其中，或者溶解的流體例如二氧化碳從該液體中排出并起泡。潮濕或飽和的蒸汽是這種非均勻介質(zhì)的另一個例子。
在US-A 45 24 610中，對于振動型測量變送器的操作，給出了這種問題的一種可能的原因，即，非均勻性諸如氣泡被流體夾帶進入測量管，沉淀在其內(nèi)壁上并且因而可以在一定程度上影響振蕩特性。為了避免這個問題，還提出這樣安裝測量變送器，使得直測量管基本垂直延伸，以防止這種干擾的特別是氣態(tài)的非均勻性的沉淀。然而，這是個非常特殊的解決方案，它只能在非常有限的情況中實現(xiàn)，特別是在工業(yè)過程中的測量技術(shù)中。一方面，在這個情況中，測量變送器要安裝入其中的管道可能必須被固定至變送器而不是反過來，這將是用戶所不期望的。另一方面，正如已經(jīng)提到的，測量管可能是彎曲的，從而通過改變安裝的定向不能解決問題。另外，很明顯，通過使用垂直安裝的直測量管實際上沒有顯著地避免所提到的測量信號的惡化。另外，以這種方式避免在流動流體的情況中這樣產(chǎn)生的測量信號的波動的進一步努力都是不成功的。
在確定質(zhì)量流量的情況中類似的原因以及它們對于測量精度的影響例如已經(jīng)在JP-A10-281846、WO-A03/076880或US-B 65 05 519中有所討論。然而，為了降低兩相或多相流中的測量誤差，WO-A03/076880提出了在實際流量測量之前進行流體調(diào)節(jié)，JP-A10-281846和US-B 65 05 519都優(yōu)選根據(jù)振蕩測量信號校正流量測量，特別是質(zhì)量流量測量。這個校正例如使用對于振蕩測量信號的預(yù)訓(xùn)練的甚至可能是自適應(yīng)的分類器。分類器可以例如被設(shè)計為Kohonen映射或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并且或者基于操作中測量的若干參數(shù)特別是質(zhì)量流量和密度以及由此得到的其它特征，或者還利用包含一個或多個振蕩周期的振蕩測量信號的時間間隔，而執(zhí)行校正。
使用這種分類器與現(xiàn)有的科里奧利質(zhì)量流量計/密度計相比，例如具有對測量變送器幾乎無需改變的優(yōu)點，這里，改變涉及機械結(jié)構(gòu)、激勵裝置或者驅(qū)動它的操作電路，它們都特別地匹配特定應(yīng)用。
然而，這種分類器的一個顯著缺點是，與現(xiàn)有科里奧利質(zhì)量流量計相比，在產(chǎn)生測量值的區(qū)域中需要相當(dāng)大的改變，尤其是使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及微處理器。實際上，正如在US-B 65 05 519中所公開的，例如在約80Hz振蕩頻率的振蕩測量信號的數(shù)字化中，這種信號分析需要約55kHz或更高的采樣率，以達到足夠的精度。換言之，必須使用遠遠大于600∶1的采樣率采樣振蕩測量信號。除此之外，在數(shù)字測量電路中存儲和執(zhí)行的固件相應(yīng)地變得復(fù)雜。
這種分類器的另一個缺點是，對于測量變送器操作期間實際存在的測量條件，必須訓(xùn)練和相應(yīng)地確認(rèn)特別是對于安裝位置、待測流體以及它通常變化的特性或者其它影響測量精度的因素。由于所有這些因素的交互作用的高度復(fù)雜性，訓(xùn)練及其確認(rèn)通常只能在線進行并且對于每一測量變送器單獨進行，這引起測量變送器啟動花費升高。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種分類算法一方面由于高度復(fù)雜另一方面由于通常不確切存在具有技術(shù)相關(guān)或可理解參數(shù)的合適的物理數(shù)學(xué)模型，所以分類器具有很低的透明度并且因而經(jīng)常難以連通。當(dāng)然，與此相關(guān)聯(lián)的是，在顧客部分可以有可觀的保留，當(dāng)使用的分類器是自適應(yīng)的，例如是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時，這種接受問題特別地發(fā)生在顧客部分。
本發(fā)明的一個目的是提供一種相應(yīng)的科里奧利質(zhì)量流量計，其精確測量質(zhì)量流量，即使是在非均勻流體特別是多相流的情況中。另一個目的是提供一種用于產(chǎn)生測量結(jié)果的相應(yīng)方法。
為了達到這些目的，本發(fā)明提出一種科里奧利質(zhì)量流量計，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度計，用于測量管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)的質(zhì)量流量，該科里奧利質(zhì)量流量計包括-至少一個插入管道中的測量管，其在操作中由介質(zhì)流經(jīng)；-支持裝置，其固定至測量管的入口端和出口端并因而可振蕩地夾持測量管；-激勵裝置，其在操作中令測量管執(zhí)行機械振蕩，特別是彎曲振蕩；-振蕩傳感器，用于產(chǎn)生-第一振蕩測量信號，其代表測量管的入口側(cè)振蕩，以及-第二振蕩測量信號，其代表測量管的出口側(cè)振蕩；和-分析電子裝置，-其產(chǎn)生從振蕩測量信號得到的暫時代表待測質(zhì)量流量的第一中間值，并產(chǎn)生從第一中間值得到的用于第一中間值的校正值，并且-其利用第一中間值和校正值，確定代表待測質(zhì)量流量的質(zhì)量流量測量值，-其中分析電子裝置使用從第一中間值得到的第二中間值產(chǎn)生校正值，并且第二中間值代表冪函數(shù)的函數(shù)值，其中冪函數(shù)以中間值作為底并且特別為有理數(shù)的指數(shù)小于零。
另外，本發(fā)明提供了一種方法，用于利用科里奧利質(zhì)量流量計，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度計生成代表管道中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流量的第一測量值，該方法包括以下步驟-引起介質(zhì)所流經(jīng)的科里奧利質(zhì)量流量計測量管的振蕩，特別是彎曲振蕩，以產(chǎn)生科里奧利力；-檢測測量管的振蕩，并生成代表入口側(cè)振蕩的第一測量信號和代表出口側(cè)振蕩的第二測量信號，用于得到暫時代表質(zhì)量流量的中間值和得到對于中間值的校正值，- 其中，為了從第一中間值生成校正值，得到第二中間值，其代表冪函數(shù)的函數(shù)值，該冪函數(shù)具有所述中間值作為底并且指數(shù)小于零，特別是有理數(shù)；以及- 利用校正值校正中間值。
根據(jù)本發(fā)明的科里奧利質(zhì)量流量計的第一實施例，-分析電子裝置發(fā)出密度測量值，其代表介質(zhì)的密度并且是從第一和/或第二振蕩測量信號得到的，并且-分析電子裝置還利用密度測量值確定校正值。
根據(jù)本發(fā)明的科里奧利質(zhì)量流量計的第二實施例，分析電子裝置利用密度測量值確定介質(zhì)密度與預(yù)定的參考密度的偏差。
根據(jù)本發(fā)明的科里奧利質(zhì)量流量計的第三實施例，分析電子裝置具有表存儲器，其中存儲與第二中間值無關(guān)的數(shù)字化校正值，并且表存儲器利用基于第二中間值形成的數(shù)字存儲器訪問地址而發(fā)出校正值。
根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施例，該方法還包括以下步驟-根據(jù)測量信號得到代表介質(zhì)密度的第二測量值；以及-使用第二測量值得到校正值。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在本發(fā)明的科里奧利質(zhì)量流量計與現(xiàn)有科里奧利質(zhì)量流量計相比的情況中，只有在常用的數(shù)字分析電子裝置上略有改變并且改變基本上僅限于固件，而在測量變送器的情況中以及在生成及預(yù)處理振蕩測量信號中，幾乎不需要改變。于是，例如振蕩測量信號仍可以像以前一樣以常用的低于100∶1，特別是約10∶1的采樣率被采樣。
現(xiàn)在將根據(jù)附圖中給出的實施例，詳細(xì)解釋本發(fā)明及其進一步的優(yōu)選實施例。相同的部件在所有附圖中具有相同的標(biāo)記；為了清楚，已經(jīng)提到的附圖標(biāo)記在后面的附圖中被省略。


圖1以側(cè)視圖透視地顯示了用于生成質(zhì)量流量測量值的科里奧利質(zhì)量流量測量儀表，圖2以框圖示意性顯示了適用于圖1的科里奧利質(zhì)量流量測量儀表的測量儀表優(yōu)選實施例，圖3以第一側(cè)視圖透視地顯示了適用于圖1的科里奧利質(zhì)量流量測量儀表的振動型測量變送器的實施例的部分截面示例，圖4以第二側(cè)視圖透視地顯示了圖3的測量變送器，和圖5顯示了圖3的測量變送器的電機激勵裝置的實施例。
圖1透視地顯示了科里奧利質(zhì)量流量測量儀表1，其用于檢測管道中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流量m并形成瞬時代表這個質(zhì)量流量的質(zhì)量流量測量值Xm；為了清楚起見，沒有畫出管道。介質(zhì)實際上可以是任何可流動材料，例如液體、氣體或蒸汽。為此，科里奧利質(zhì)量流量測量儀表1包括振動型測量變送器10以及圖2所示的與測量變送器10電連接的測量儀表電子裝置50。為了安置測量儀表電子裝置50，還提供電子裝置外殼200，其安裝在測量變送器10外部。
為了檢測質(zhì)量流量m，借助于在操作中由測量儀表電子裝置50激勵振動的測量變送器10在其中流動的流體中產(chǎn)生科里奧利力，科里奧利力依賴于質(zhì)量流量m并且可以在測量變送器10上測量，即可以由傳感器檢測并且可以被電子分析。除了生成質(zhì)量流量測量值Xm，科里奧利質(zhì)量流量測量儀表還用于測量流動介質(zhì)的密度ρ以及確定瞬時代表密度ρ的密度測量值Xρ。
優(yōu)選地，測量儀表電子裝置50還被這樣設(shè)計，使得它可以在科里奧利質(zhì)量流量測量儀表1工作期間經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與上級測量值處理單元交換測量和/或其它操作數(shù)據(jù)，所述測量值處理單元例如是可編程邏輯控制器(PLC)、個人電腦和/或工作站，所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)例如是現(xiàn)場總線系統(tǒng)。另外，還這樣設(shè)計測量儀表電子裝置50，使得它可以由外部能量源供電，例如甚至經(jīng)由前述現(xiàn)場總線系統(tǒng)。對于提供振動測量儀表用于耦合至現(xiàn)場總線的情況，特別是可編程的測量儀表電子裝置50具有相應(yīng)的通信接口用于數(shù)據(jù)通信，例如用于將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至上級可編程邏輯控制器或上級過程控制系統(tǒng)。
圖3和4顯示了用作測量變送器10的振動型物理電子換能器設(shè)置的一個實施例。這種換能器的結(jié)構(gòu)和功能是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并且例如在US-A 60 06 609中有詳細(xì)說明。
為了引導(dǎo)待測流體，測量變送器包括至少一個具有入口端11、出口端12的測量管13，其具有可預(yù)定的在工作期間可以彈性變形的測量管內(nèi)腔13A并且具有可預(yù)定的額定寬度。這里，測量管內(nèi)腔13A的彈性變形意味著，為了產(chǎn)生流體內(nèi)部的表征流體的科里奧利力，測量管內(nèi)腔13A的空間形狀和/或空間位置在測量管13的彈性范圍內(nèi)以可預(yù)定的方式循環(huán)地特別是周期性地改變；例如參見US-A 48 01 897、US-A56 48 616、US-A 57 96 011和/或US-A 60 06 609。另外，這里還應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管實施例中的測量變送器僅包括一個直測量管，但是為了實現(xiàn)本發(fā)明，這種振動型測量變送器也可以使用實際上現(xiàn)有技術(shù)所說明的任何科里奧利質(zhì)量流量測量變送器，特別是具有完全或至少部分以彎曲振蕩模式振動的彎曲或直測量管的這種彎曲振蕩型變送器。特別適合的例如是具有由待測介質(zhì)流經(jīng)的兩個平行彎曲測量管的振動型測量變送器，諸如在以下文獻中詳細(xì)說明的EP-A 1 154 243、US-A53 01 557、US-A 57 96 011、US-B 65 05 519或WO-A02/37063。這種用作測量變送器10的換能器設(shè)置的其它合適實施例可以例如在以下文獻中得到WO-A02/099363、WO-A02/086426、WO-A95/16897、US-A56 02 345、US-A 55 57 973或US-A 53 57 811。作為所使用的測量管13的材料，例如鈦合金特別合適。然而，代替鈦合金，可以使用其它這種特別是彎曲測量管通常使用的材料，例如，不銹鋼、鉭或鋯等。
測量管13以常見的方式在其入口側(cè)和出口側(cè)與引入或引出流體的管道相通，該測量管被可振蕩地夾鉗在剛性的特別是抗彎曲及扭曲的支持框架14中。代替這里顯示的盒狀支持框架14，當(dāng)然也可以使用其它合適的支持裝置，諸如與測量管平行或同軸延伸的管道。
支持框架14在其入口側(cè)利用入口板213在其出口側(cè)利用出口板223固定至測量管13，這些板被測量管13的相應(yīng)延伸而穿透。另外，支持框架14具有第一側(cè)板24和第二側(cè)板34，兩個側(cè)板24、34分別固定至入口板213和出口板223，使得它們基本上平行于測量管13延伸并且與其相距設(shè)置，且彼此相距；參見圖3。以這種方式，兩個側(cè)板24、34的相互面對的側(cè)表面同樣彼此平行?？v向棒25被固定至側(cè)板24、34，與測量管13相距，以用作吸收測量管13的振蕩的平衡質(zhì)量。如圖4所示，縱向棒25基本上平行于測量管13的整個可振蕩長度延伸；然而這并不是必需的，因為縱向棒25也可以根據(jù)需要而做得較短。于是，具有兩個側(cè)板24、34、入口板213、出口板223和縱向棒25的支持框架14具有基本上平行于虛擬連接入口端11和出口端12的測量管中心軸線13B的縱向重力線。
圖3和4中以螺釘頭部指示，上述的將側(cè)板24、34固定至入口板213、出口板223以及縱向棒25可以通過旋接連接而實現(xiàn)；然而，也可以使用本領(lǐng)域已知的其它合適的緊固類型。
對于測量變送器10要被可松開地與管道組裝的情況，在測量管13的入口側(cè)形成第一法蘭19并且在出口側(cè)形成第二法蘭20，如圖1所示；然而，代替法蘭19、20，可以形成其它管道連接件用于可松開地與管道相連，諸如圖3中示出的所謂三向夾扣(triclamp)連接。然而，如果需要，測量管13還可以例如利用焊接或銅焊等直接與管道相連。
為了產(chǎn)生所述的科里奧利力，在測量變送器10工作期間，由耦合至測量管的電機激勵裝置16以可預(yù)定的振蕩頻率特別是自然諧振頻率驅(qū)動測量管13以所謂的有用模式振動，并且然后測量管13被以可預(yù)定的方式彈性形變，其中自然諧振頻率也依賴于流體的密度。在所述的實施例中，正如在彎曲振蕩型換能器設(shè)置的情況中所常見的，振蕩的測量管13在空間上特別是橫向地偏移靜態(tài)靜止位置。對于其中一個或多個彎曲測量管圍繞相應(yīng)虛擬連接入口和出口端的縱向軸線執(zhí)行懸臂振蕩的換能器設(shè)置基本上也是同樣的；或者對于其中一個或多個直測量管僅執(zhí)行在單一振蕩平面中的彎曲振蕩的換能器設(shè)置也是同樣的。
激勵裝置16用于通過轉(zhuǎn)換從測量儀表電子裝置50提供的電激勵功率Pexc，而產(chǎn)生作用在測量管13上的激勵力Fexc。激勵功率Pexc基本上僅用于補償由于機械和流體內(nèi)部摩擦而從振蕩系統(tǒng)中除去的功率部分。為了獲得盡可能高的效率，盡可能精確地調(diào)節(jié)激勵功率Pexc，使得測量管13的振蕩基本上被保持在有用模式，例如為基本諧振頻率。
為了將激勵力Fexc傳遞到測量管13上，如圖5所示，激勵裝置16具有剛性的電磁和/或電動驅(qū)動的杠桿設(shè)置15，其包括懸臂154和磁軛163，其中懸臂抗彎曲地固定在測量管13上。磁軛163同樣被抗彎曲地固定在懸臂154與測量管13相距的末端上，并且使得它設(shè)置在測量管13上方并且與其橫向。懸臂154可以例如是金屬墊圈，其將測量管13容納在孔中。對于杠桿設(shè)置15的其它合適實施例，已經(jīng)提到的US-A60 06 609被全部合并在這里作為參考。杠桿設(shè)置15是T形的并且被這樣設(shè)置，參見圖5，使得它在入口和出口端11、12之間基本一半的點作用于測量管13，從而管13在工作期間在中部具有其最大橫向偏移。
為了驅(qū)動杠桿設(shè)置15，如圖5所示，激勵裝置16包括第一激勵線圈26和與其關(guān)聯(lián)的第一永磁電樞27，以及第二激勵線圈36和與其關(guān)聯(lián)的第二永磁電樞37。兩個具有優(yōu)點地串聯(lián)電連接的激勵線圈26、36被特別是可松開地在磁軛163之下的測量管13的兩側(cè)上固定在支持框架14上，使得它們在工作期間以它們各自的電樞27和37相互作用。如果需要，兩個激勵線圈26、36當(dāng)然也可以彼此并聯(lián)連接。如圖3和5所示，兩個電樞27、37以這樣的方式彼此相距地固定至磁軛163，使得在測量變送器10工作期間，電樞27基本由激勵線圈26的磁場穿透并且此電樞37基本由激勵線圈36的磁場穿透。于是，電樞由于相應(yīng)的電動和/或電磁力作用而移動。利用激勵線圈26、36的磁場而產(chǎn)生的電樞27、37的移動被磁軛163和懸臂154傳遞到測量管13上。這樣構(gòu)造電樞27、37的這些運動，使得磁軛163交替地在側(cè)板24的方向上或側(cè)板34的方向上從其靜止位置偏移。杠桿設(shè)置15與所述測量管中心軸線13B平行的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸可以例如經(jīng)過懸臂154。
另外，支持框架14包括電機激勵裝置16的支架29，其特別是可松開地與側(cè)板24、34相連，特別是用于支持激勵線圈26、36以及可能的下面將要討論的電磁制動器設(shè)置217的各個部件。
最后，測量變送器1具有圍繞測量管和支持框架的測量變送器外殼100，以保護它們免受有害的外部影響。測量變送器外殼100具有頸狀過渡件，其上固定容納測量儀表電子裝置50的電子裝置外殼200，參見圖1。
在所述實施例的測量變送器10的情況中，在入口端11和出口端12牢固夾鉗的振動測量管13的橫向偏轉(zhuǎn)同時導(dǎo)致其測量管內(nèi)腔13A的彈性形變，這個變形基本上在測量管13的整個長度上形成。另外，由于杠桿設(shè)置15作用在測量管13上的扭矩，在測量管13上至少部分地與橫向偏轉(zhuǎn)同時產(chǎn)生圍繞測量管中心軸13B的扭曲，從而測量管13基本上以混合的彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式振蕩，該模式用作有用模式。在這種情況中，測量管13的扭曲可以這樣形成，使得懸臂154與測量管13相距的末端的橫向偏轉(zhuǎn)與測量管13的橫向偏轉(zhuǎn)或者同向或者反向。于是，測量管13可以在對應(yīng)于同向情況的第一彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式中執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振蕩；或者在對應(yīng)于反向情況的第二彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式中執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振蕩。于是，在測量變送器10的實施例中，例如900Hz的第二彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式自然基本諧振頻率大于是第一彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式的二倍。
對于測量管13應(yīng)當(dāng)在工作期間僅執(zhí)行第二彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式的振蕩的情況，基于渦流原理的電磁制動器設(shè)置217被集成在激勵裝置16中，用于穩(wěn)定所述旋轉(zhuǎn)軸的位置。于是，利用電磁制動器設(shè)置217，可以保證測量管13總是以第二彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式振蕩，并且因此在測量管13上可能的外部干擾影響不會導(dǎo)致自發(fā)轉(zhuǎn)變到另一種特別是第一彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式。這種電磁制動器設(shè)置的細(xì)節(jié)在US-A 60 06 609有具體說明。
這里應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)測量管13以第二彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，虛擬測量管中心軸13B輕微變形，并且因而在振蕩期間沒有生成平面，而是生成略微扭曲的曲面。另外，在這個曲面中測量管中心軸的中點的軌跡在測量管中心軸的所有點的軌跡中具有最小曲率。
為了檢查測量管13的形變，測量變送器10還包括傳感器設(shè)置60，其借助于至少一個對測量管13的振動有所反應(yīng)的第一傳感器17產(chǎn)生代表該振動的第一特別是模擬振蕩測量信號s1。傳感器17可以例如利用永磁電樞而構(gòu)造，該永磁電樞固定在測量管13上并與支持框架14上支撐的傳感器線圈交互作用。對于傳感器17，特別適合的是基于電動原理檢測測量管13的偏轉(zhuǎn)速度。然而，也可以使用加速度測量電動傳感器，或者甚至使用偏轉(zhuǎn)距離測量或光學(xué)傳感器。當(dāng)然，也可以使用本領(lǐng)域所熟知的適用于檢查這種振動的其它傳感器。傳感器設(shè)置60還包括第二傳感器18，特別地它與第一傳感器17相同。第二傳感器18發(fā)送同樣代表測量管13的振動的第二振蕩測量信號s2。在這個實施例中，兩個傳感器17、18沿測量管13彼此分離地設(shè)置在測量變送器10中，特別地距離測量管13的中點距離相等。這樣設(shè)置傳感器17、18，使得傳感器設(shè)置60本地地檢測在測量管13的入口側(cè)和出口側(cè)的振動，并且將這些振動分別反映為相應(yīng)的振蕩測量信號s1或s2。第一測量信號s1以及如果需要的話還有第二測量信號s2通常各表示與測量管13的瞬時振蕩頻率對應(yīng)的一個信號頻率，這兩個信號被送入測量儀表電子裝置50，如圖2所示。
為了令測量管13振動，向激勵裝置16饋送具有可調(diào)幅度和可調(diào)激勵頻率fcxc的同樣振蕩的激勵電流iexc，使得激勵線圈26、36在工作期間被電流流經(jīng)，并且以相應(yīng)的方式生成移動電樞27、37所需的磁場。激勵電流iexc可以是例如正弦的或矩形的。優(yōu)選地在所述測量變送器實施例中這樣選擇并調(diào)節(jié)激勵電流iexc的激勵頻率fexc，使得橫向振蕩的測量管13盡可能只以第二彎曲振蕩扭轉(zhuǎn)模式振蕩。
為了生成并調(diào)節(jié)激勵電流iexc，測量儀表電子裝置50包括相應(yīng)的驅(qū)動電路53，其由代表待調(diào)節(jié)的激勵頻率fexc的頻率調(diào)節(jié)信號yFM以及代表待調(diào)節(jié)的激勵電流iexc幅度的幅度調(diào)節(jié)信號yAM控制。驅(qū)動電路可以例如利用壓控振蕩器和下游連接的壓流轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)；然而，代替模擬振蕩器，還可以使用數(shù)字控制的數(shù)字振蕩器用于調(diào)節(jié)激勵電流iexc。
為了產(chǎn)生幅度調(diào)節(jié)信號yAM，可以例如使用集成在測量儀表電子裝置50中的幅度控制電路51，其基于兩個傳感器信號s1、s2中的至少一個的瞬時幅度以及相應(yīng)的恒定或可變的幅度參考值W1而實現(xiàn)幅度調(diào)節(jié)信號yAM；如果需要，也可以參考激勵電流iexc的瞬時幅度用于生成幅度調(diào)節(jié)信號yAM。這種幅度控制電路同樣對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。關(guān)于這種幅度控制電路的例子，再次參考“PROMASS I”系列科里奧利質(zhì)量流量計。其幅度控制電路具有優(yōu)點地這樣實現(xiàn)，使得測量管13的橫向振蕩被控制為恒定幅度，即與密度ρ無關(guān)。
關(guān)于頻率調(diào)節(jié)信號yFM，它可以從相應(yīng)的頻率控制電路52中得到，其例如至少基于傳感器信號s1以及基于用作相應(yīng)的頻率參考值W2且代表頻率的直流電壓而實現(xiàn)。
具有優(yōu)點地，頻率控制電路52和驅(qū)動電路53一起連接在鎖相環(huán)中，鎖相環(huán)用于以本領(lǐng)域所熟知的方式，基于在傳感器信號s1、s2中至少之一和待調(diào)節(jié)的或測量的激勵電流iexc之間測得的相位差，而將頻率調(diào)節(jié)信號yFM固定調(diào)諧至測量管13的瞬時諧振頻率。這種用于將測量管以它們的機械諧振頻率運行的鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)和使用例如在US-A48 01 897中有詳細(xì)說明。當(dāng)然，也可以使用本領(lǐng)域熟知的其它頻率控制電路，例如在US-A 45 24 610或US-A 48 01 897中所說明的。另外，考慮到所述類型的測量變送器的這種頻率控制電路的使用，參考已經(jīng)提到的“PROMASS I”系列?？梢圆捎眠m用于驅(qū)動電路的其它電路，例如US-A 58 69 770或US-A 65 05 519。
在本發(fā)明的另一實施例中，利用在測量儀表電子裝置50中提供的數(shù)字信號處理器DSP和相應(yīng)實施并在其中運行的程序代碼，實現(xiàn)幅度控制電路51和頻率控制電路52。程序代碼可以持續(xù)或甚至永久地存儲在例如控制和/或監(jiān)控信號處理器的微計算機55的非易失性存儲器EEPROM中，并且可以在信號處理器DSP啟動時載入例如在信號處理器DSP中集成的測量儀表電子裝置50的易失性數(shù)據(jù)存儲器RAM中。適用于這種應(yīng)用的信號處理器例如是可以在市場上從TexasInstruments Inc.公司得到的型號TMS320VC33。
實際上，很明顯利用相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D，可以至少將傳感器信號s1以及可能的傳感器信號s2轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，用于在信號處理器DSP中處理；關(guān)于這一點，參見EP-A 866 319。如果需要，從信號處理器發(fā)出的調(diào)節(jié)信號，例如幅度調(diào)節(jié)信號yAM或頻率調(diào)節(jié)信號yFM也可以被以相應(yīng)的方式數(shù)模轉(zhuǎn)換。
如圖2所示，振蕩測量信號xs1、xs2還被饋送至測量儀表電子裝置的測量電路21。測量電路21用于以本領(lǐng)域已知的方式基于兩個振蕩測量信號xs1、xs2之間檢測的相位差而確定對應(yīng)于待測質(zhì)量流量的測量值，其中兩個振蕩測量信號可能預(yù)先被合適地調(diào)節(jié)。測量電路21可以是通常用于這種用途的許多測量電路特別是數(shù)字電路中的一種，其基于振蕩測量信號xs1、xs2確定質(zhì)量流量，關(guān)于這一點，特別地參見上述WO-A02/37063、WO-A99/39164、US-A 56 48 616、US-A 50 69 074。當(dāng)然，可以使用本領(lǐng)域已知的其它適用于科里奧利質(zhì)量流量測量儀表的測量電路，其測量并相應(yīng)分析在振蕩測量信號xs1、xs2之間的相位和/或時間差。具有優(yōu)點的，測量電路21可以同樣利用信號處理器DSP實現(xiàn)。
正如上面已經(jīng)提到的，流動介質(zhì)中的非均勻性，例如液體中存在的氣泡或者形成的泡沫層，可以導(dǎo)致通?；诩俣榫鶆蚪橘|(zhì)而確定的測量值不足夠精確地與實際質(zhì)量流量一致，即，值需要被合適地校正；于是，這個預(yù)先確定的暫時代表質(zhì)量流量的測量值被指定為第一中間值X’m，利用分析電子裝置21由該第一中間值得到質(zhì)量流量測量值Xm，它足夠精確地代表質(zhì)量流量。
關(guān)于這一點，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)討論了，依賴于測量原理，這種非均勻性顯示為在由流動介質(zhì)測量的密度中的變化。然而，發(fā)明人的進一步調(diào)查令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)中的解釋相反，中間值X′m的校正一方面可以通過使用很少的非常簡單確定的校正因數(shù)執(zhí)行，這些校正因數(shù)自身可以從直接測量的參數(shù)，特別是測量的密度和預(yù)先測量的質(zhì)量流量而得到。另一方面，校正可以使用最初確定的密度測量值Xρ以及最初確定的中間值X’m執(zhí)行，而與之前提到的較為復(fù)雜的計算方法相比計算工作相當(dāng)小。
為了精確測量質(zhì)量流量，分析電子裝置2從中間值X’m得到相應(yīng)的校正值XK，并且對于中間值X’m使用校正值XK而特別是數(shù)字地計算質(zhì)量流量測量值Xm。例如，校正可以以簡單的方式基于以下公式進行Xm＝(1+XK)·X’m(1)根據(jù)本發(fā)明，分析電子裝置為此從中間值X’m得到第二中間值X2。第二中間值X2代表冪函數(shù)的函數(shù)值X′mn，其中中間值X’m作為底，并且指數(shù)n特別為小于零的有理數(shù)。即，第二中間值X2應(yīng)當(dāng)遵循函數(shù)關(guān)系X2＝KK·X′mn，n＜0(2)其中KK是用于匹配或比例縮放中間值X2的系數(shù)，并且可以預(yù)先確定，例如在標(biāo)定科里奧利質(zhì)量流量測量儀表1時單獨確定，或者為儀表類型所特定的，并且數(shù)字存儲在例如非易失性存儲器EEPROM中。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，這里選擇指數(shù)n大于-1，例如為-0.5或-0.25。
在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，分析電子裝置基于密度測量值Xρ并基于最初確定的或同時測量的參考密度值Kρ而確定介質(zhì)的密度ρ與預(yù)定的參考密度的偏差Δρ，其中Kρ可以例如在科里奧利質(zhì)量流量計啟動期間作為恒定值存儲或者在工作期間從外部傳遞至科里奧利質(zhì)量流量計。為了生成校正值Xk，這樣確定的偏差Δρ被根據(jù)以下公式利用第二中間值X2處理XK＝Δρ·X2(3)
參考密度值Kρ可以基于對于待測流體的了解而手動輸入，例如在線輸入或從遠程控制室輸入，或者它可以被例如經(jīng)由現(xiàn)場總線而從外部密度計發(fā)送至測量儀表電子裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用同樣存儲在測量儀表電子裝置中的密度測量值Xρ，0確定參考密度值Kρ，其中存儲的密度測量值Xρ，0代表在均勻介質(zhì)中或者假定為均勻的介質(zhì)中測量的介質(zhì)密度。在本發(fā)明的這個實施例的進一步發(fā)展中，作為參考密度值Kρ存儲的密度測量值Xρ，0用于先前在非均勻介質(zhì)中確定的中間值X’m的后續(xù)校正。本發(fā)明的這個實施例可以以特別具有優(yōu)點的方式例如在給料或灌注過程的情況中使用，其中，一方面在一次裝料之內(nèi)在短時間中測量管內(nèi)存在顯著不同的流動條件，特別在測量管沒有被完全填充的情況中，并且另一方面，感興趣的是通過整個裝料得到總的質(zhì)量流量，并且特別關(guān)注灌注的總質(zhì)量。
使用公式(2)、公式(3)、可以根據(jù)以下公式以簡單的方式確定校正值(XK)XK=KK·ΔρXm---(4)]]>由公式(1)～(4)表示的上述函數(shù)用于生成質(zhì)量流量測量值Xm，這些函數(shù)可以至少部分地在測量儀表電子裝置50的分析級54中實現(xiàn)。分析級54可以具有優(yōu)點地例如同樣利用信號處理器DSP或例如利用上述微計算機55而實現(xiàn)。
相應(yīng)算法的構(gòu)造和實施對應(yīng)于前述等式或者代表幅度控制電路51、頻率控制電路52的功能并且將它們翻譯為這種信號處理器中可執(zhí)行的程序代碼，這些都是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)并且因而不需要詳細(xì)解釋。當(dāng)然，上述等式也可以由在測量電子裝置50中相應(yīng)離散組裝的模擬和/或數(shù)字計算電路而完全或部分代表。
在本發(fā)明的另一實施例中，分析電子裝置2還具有表存儲器，其中存儲一組預(yù)先確定的數(shù)字校正值Xk，i，它們例如在標(biāo)定科里奧利質(zhì)量流量測量儀表時預(yù)先確定。例如通過瞬時有效的第二中間值X2得到的存儲器地址，訪問這些校正值Xk，i。校正值Xk，i可以例如以簡單的方式確定，從而瞬時確定的中間值X2被與相應(yīng)地在表存儲器中輸入的中間值X2的預(yù)設(shè)值比較，并且基于這個比較結(jié)果讀出各個校正值XK，i，其對應(yīng)于與中間值X2最接近的預(yù)設(shè)值。表存儲器可以是可編程只讀存儲器，即，EPROM或EEPROM。這種表存儲器的使用具有以下優(yōu)點對于運行時間計算了中間值X2之后可以非常迅速地利用校正值Xk。另外，例如基于等式(2)并使用最小二乘方方法，可以基于很少的標(biāo)定測量結(jié)果預(yù)先非常精確地確定輸入表存儲器的校正值XK，i。
權(quán)利要求
1.科里奧利質(zhì)量流量計，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度計，用于測量管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)的質(zhì)量流量，該科里奧利質(zhì)量流量計包括-至少一個插入管道中的測量管(11)，其在操作中由介質(zhì)流經(jīng)；-支持裝置(12)，其固定至測量管(11)的入口端和出口端并因而可振蕩地夾持測量管；-激勵裝置(13)，其在操作中令測量管(11)執(zhí)行機械振蕩，特別是彎曲振蕩；-振蕩傳感器(141，142)，用于產(chǎn)生-第一振蕩測量信號(xs1)，其代表測量管(11)的入口側(cè)振蕩，以及-第二振蕩測量信號(xs2)，其代表測量管(11)的出口側(cè)振蕩；和-分析電子裝置(2)，--其產(chǎn)生從振蕩測量信號(xs1，xs2)得到的暫時代表待測質(zhì)量流量的第一中間值(X’m)，并產(chǎn)生從第一中間值(X’m)得到的用于第一中間值(X’m)的校正值(XK)，并且--其利用第一中間值(X’m)和校正值(XK)，確定代表待測質(zhì)量流量的質(zhì)量流量測量值(Xm)，--其中分析電子裝置使用從第一中間值(X’m)得到的第二中間值(X2)產(chǎn)生校正值(XK)，該第二中間值代表冪函數(shù)X’mn的函數(shù)值，其中冪函數(shù)以中間值(X’m)作為底并且具有小于零的特別為有理數(shù)的指數(shù)(n)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的科里奧利質(zhì)量流量計，-其中分析電子裝置(2)發(fā)出密度測量值(Xρ)，其代表介質(zhì)的密度并且是從第一和/或第二振蕩測量信號(xs1，xs2)得到的，并且-其中分析電子裝置(2)還利用密度測量值(Xρ)確定校正值(XK)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的科里奧利質(zhì)量流量計，其中分析電子裝置(2)利用密度測量值(Xρ)確定介質(zhì)密度與預(yù)定的參考密度的偏差(Δρ)，并且根據(jù)以下等式確定校正值(XK)XK＝Δρ·X2
4.根據(jù)權(quán)利要求3的科里奧利質(zhì)量流量計，其中分析電子裝置(2)根據(jù)以下多項式確定校正值(XK)XK=KK·ΔρXm]]>
5.根據(jù)權(quán)利要求4的科里奧利質(zhì)量流量計，其中分析電子裝置(2)根據(jù)以下等式確定質(zhì)量流量測量值(Xm)Xm＝(1+XK)·Xm′
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求的科里奧利質(zhì)量流量計，其中分析電子裝置(2)具有表存儲器，其中存儲依賴于第二中間值(X2)的數(shù)字化校正值，其中表存儲器利用基于第二中間值(X2)形成的數(shù)字存儲器訪問地址而發(fā)出校正值(XK)。
7.用于利用科里奧利質(zhì)量流量計，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度計生成代表管道中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流量的第一測量值(Xm)的方法，該方法包括以下步驟-引起介質(zhì)所流經(jīng)的科里奧利質(zhì)量流量計測量管(11)的振蕩，特別是彎曲振蕩，以產(chǎn)生科里奧利力；-檢測測量管(11)的振蕩，并生成代表入口側(cè)振蕩的第一測量信號(xs1)和代表出口側(cè)振蕩的第二測量信號(xs2)，用于得到暫時代表質(zhì)量流量的中間值(X’m)和得到對于中間值(X’m)的校正值(XK)，--其中，為了從第一中間值(X’m)生成校正值(XK)，得到第二中間值(X2)，其代表冪函數(shù)X’mn的函數(shù)值，該冪函數(shù)具有所述中間值(X’m)作為底并且具有小于零的特別為有理數(shù)的指數(shù)；以及-利用校正值(XK)校正中間值(X’m)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括以下步驟-根據(jù)測量信號(xs1，xs2)得到代表介質(zhì)密度的第二測量值(Xρ)；以及-使用第二測量值(Xρ)得到校正值(XK)。
全文摘要
科里奧利質(zhì)量流量計/密度計，包括至少一條測量管(11)，在工作期間介質(zhì)流經(jīng)該測量管?？评飱W利質(zhì)量流量計/密度計的支持裝置(12)固定至測量管(11)的入口端和出口端，從而可振蕩地夾鉗該測量管。在工作中利用激勵裝置(13)令測量管(11)機械振蕩，特別是彎曲振蕩。科里奧利質(zhì)量流量計/密度計還包括用于生成代表在測量管(11)的入口側(cè)和出口側(cè)的振蕩的測量信號(x
文檔編號G01F25/00GK1890537SQ200480036860
公開日2007年1月3日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者克里斯蒂安·馬特, 阿爾佛雷德·文格爾, 邁克爾·富赫斯, 沃爾夫?qū)さ吕?申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司