專利名稱：在線測量儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有振動型測量變送器的在線測量儀表，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度測量儀表，其用于管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)，本發(fā)明還涉及一種用于利用這種測量變送器產(chǎn)生測量值的方法，該測量值代表介質(zhì)的物理測量變量，例如介質(zhì)的質(zhì)量流量、密度和/或粘度。
背景技術(shù)：
在過程測量及自動化技術(shù)中，為了測量管道中流動的介質(zhì)的物理參數(shù)，例如質(zhì)量流量、密度和/或粘度，經(jīng)常使用這種在線測量儀表特別是科里奧利質(zhì)量流量測量儀表，其利用插入引導介質(zhì)的管道中且在操作中由介質(zhì)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在介質(zhì)中產(chǎn)生反作用力，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介質(zhì)的質(zhì)量流量、粘度和/或密度的一個或多個測量信號。這種在線測量儀表具有振動型變送器，它們的操作方式是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并且例如在以下文獻中有詳細說明WO-A 03/095950、WO-A03/095949、WO-A 03/076880、WO-A 02/37063、WO-A 01/33174、WO-A00/57141、WO-A 99/39164、WO-A 98/07009、WO-A 95/16897、WO-A88/03261、US 2003/0208325、US-B 66 91 583、US-B 66 51 513、US-B65 13 393、US-B 65 05 519、US-A 60 06 609、US-A 58 69 770、US-A 5796 011、US-A 56 02 346、US-A 56 02 345、US-A 55 31 126、US-A 53 01557、US-A 52 53 533、US-A 52 18 873、US-A 50 69 074、US-A 48 76 898、US-A 47 33 569、US-A 46 60 421、US-A 45 24 610、US-A 44 91 025、US-A 41 87 721、EP-A 12 81 938、EP-A 1 001 254或EP-A 553 939。
為了引導介質(zhì)，測量變送器通常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側(cè)和出口側(cè)的管段振動，測量變送器還具有對管段的運動有所反應(yīng)的電物理傳感器裝置。
在科里奧利質(zhì)量流量測量儀表的情況中，管道中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流量的測量例如是這樣實現(xiàn)的允許介質(zhì)流經(jīng)插入管道中且在操作中相對于測量管軸線橫向振動的測量管，從而在介質(zhì)中引起科里奧利力。這使得測量管的入口側(cè)和出口側(cè)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裝置的沿測量管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這種在線測量儀表測量，并且實際上基于由傳感器裝置發(fā)送的至少一個振蕩測量信號的頻率。另外，介質(zhì)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。此外，已知的直測量管能夠激勵圍繞基本上與測量管縱軸平行或一致的扭轉(zhuǎn)振蕩軸線的扭轉(zhuǎn)振蕩，從而在流經(jīng)的介質(zhì)中產(chǎn)生徑向剪切力，從而振蕩能量被扭轉(zhuǎn)振蕩顯著減小并且在介質(zhì)中消散。這導致振蕩的測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩大大衰減，從而必須額外增加激勵電能，以維持扭轉(zhuǎn)振蕩。根據(jù)維持測量管扭轉(zhuǎn)振蕩所所許的激勵電能，還可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式利用測量變送器至少大致地確定介質(zhì)粘度；參見US-A 45 24 610、US-A 52 53 533、US-A 60 06609或US-B 66 51 513。于是可以假設(shè)，在任何情況中，具有振動型測量變送器的現(xiàn)代在線測量儀表，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量儀表還能夠測量介質(zhì)的密度、粘度和/或溫度，特別是考慮到這些測量通常可以用于在質(zhì)量流量測量時補償由于波動的介質(zhì)密度和/或介質(zhì)粘度而引起的測量誤差；關(guān)于這一點，特別地參見US-B 65 13 393、US-A 60 06609、US-A 56 02 346、WO-A 02/37063、WO-A 99/39164或WO-A00/36379。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在具有測量變送器的在線測量儀表(例如JP-A10-281846、WO-A 03/076880、EP-A 1 291 639、US-B 65 05 519或US-A45 24 610)的使用中，在非均勻介質(zhì)的情況中，特別是在兩相或多相介質(zhì)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，盡管單獨介質(zhì)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，或者溶解的介質(zhì)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。關(guān)于利用振動型測量變送器測量非均勻介質(zhì)時出現(xiàn)的問題的原因，要提到例如在測量管管壁上內(nèi)部單側(cè)附著的或沉積的氣泡或固體顆粒以及所謂的“氣泡效應(yīng)”，其中夾帶的氣泡用作橫切于測量管縱軸積累的液體部分體積的流動體。
盡管在WO-A 03/076880中提出了在實際流量測量之前的流動或介質(zhì)調(diào)節(jié)以減少與兩相或多相介質(zhì)相關(guān)的測量誤差，但是例如JP-A10-281846和US-B 65 05 519都記載了分析精確測量的實際介質(zhì)密度和在操作期間利用科里奧利質(zhì)量流量測量儀表確定的表觀介質(zhì)密度之間的差，校正振蕩測量信號所涉及的流量測量，特別是質(zhì)量流量測量。
特別地，為此建議了振蕩測量信號的預訓練的，有時甚至是自適應(yīng)的分類器。分類器可以構(gòu)造為例如Kohonen映射或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形式，并且可以基于操作期間測量的若干參數(shù)特別是質(zhì)量流量和密度以及由此得到的其它特性，或者通過使用包含一個或多個振蕩周期的振蕩測量信號的間隔，來執(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 05519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，必須訓練和相應(yīng)地確認特別是對于安裝位置、待測介質(zhì)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雜性，訓練及其確認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。當然，與此相關(guān)聯(lián)的是，在顧客部分可以有可觀的保留，當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。
作為避免與非均勻介質(zhì)相關(guān)的問題的另一個可能，例如US-A 4524 610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，這意味著在創(chuàng)建測量位置中用戶需要增加額外的花費。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。關(guān)于這一點，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種相應(yīng)的在線測量儀表，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量儀表，其適于甚至在非均勻的特別是兩相或多相介質(zhì)的情況下非常精確地測量待測物理測量變量，特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度，并且其實際上盡可能具有相對于實際測量變量小于10％的測量誤差。另一個目的是提供一種相應(yīng)的方法，用于生成相應(yīng)的測量值。
為了達到這個目的，本發(fā)明提供了一種在線測量儀表，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度測量儀表和/或粘度測量儀表，用于測量管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)的至少一個物理測量變量，特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度。為此，該在線測量儀表包括振動型測量變送器和與該測量變送器電耦合的測量儀表電子器件。測量變送器具有至少一個測量管，其插入管道、特別是基本為直的并且用于引導待測介質(zhì)，該測量管與連接的管道相通；激勵裝置，作用于測量管，用于使至少一個測量管振動；以及傳感器裝置，用于檢測至少一個測量管的振動，其發(fā)送至少一個代表測量管的振蕩的振蕩測量信號。激勵裝置令測量管在操作期間至少間斷地和/或至少部分地橫向振蕩，特別是彎曲振蕩。激勵裝置令測量管在操作期間至少間斷地和/或至少部分地執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振蕩，特別是與橫向振蕩交替的或者與其在時間上疊加的扭轉(zhuǎn)振蕩，該扭轉(zhuǎn)振蕩圍繞與測量管基本對齊的特別是作為測量管的慣性主軸構(gòu)成的測量管縱軸。測量儀表電子器件至少間斷地發(fā)送驅(qū)動激勵裝置的激勵電流。進一步，測量儀表電子器件確定第一中間值，其對應(yīng)于激勵電流的用于維持測量管橫向振蕩的橫向電流分量和/或?qū)?yīng)于測量管的橫向振蕩衰減。
除此之外，測量儀表電子器件確定第二中間值，其對應(yīng)于激勵電流的用于維持測量管扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)電流分量和/或?qū)?yīng)于測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩衰減。利用至少一個振蕩測量信號和/或利用激勵電流并且使用第一及第二中間值，測量儀表電子器件至少間斷地生成至少一個測量值，其代表至少一個待測物理測量變量，特別是介質(zhì)的質(zhì)量流量、密度或粘度。
另外，本發(fā)明在于利用在線測量儀表測量管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)的物理測量變量的方法，該物理變量特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度，該在線測量儀表具有振動型測量變送器，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量儀表，和與測量變送器電耦合的測量儀表電子器件，該方法包括以下步驟-令待測介質(zhì)流經(jīng)測量變送器的至少一個與管道相通的測量管，并將激勵電流饋送入與引導介質(zhì)的測量管機械耦合的激勵裝置，以令測量管機械振蕩，-引起測量管的橫向振蕩，特別是彎曲振蕩，并且引起測量管的特別是疊加在橫向振蕩上的扭轉(zhuǎn)振蕩，-檢測測量管的振動并生成代表測量管的至少一個振蕩的振蕩測量信號，-確定第一中間值，其由激勵電流得到，對應(yīng)于激勵電流的用于維持測量管橫向振蕩的橫向電流分量和/或?qū)?yīng)于測量管的橫向振蕩衰減，-確定第二中間值，其由激勵電流得到，對應(yīng)于激勵電流的用于維持測量管扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)電流分量和/或?qū)?yīng)于測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩衰減，以及-利用至少一個振蕩測量信號和/或利用激勵電流以及第一及第二中間值，生成代表待測物理測量變量的測量值。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第一發(fā)展中，測量儀表電子器件確定由至少一個振蕩測量信號得到的和/或由激勵電流得到的開始測量值，其至少近似地對應(yīng)于至少一個待測測量變量，并且基于第一和第二中間值確定對于開始測量值的校正值，并且測量儀表電子器件利用開始測量值和校正值生成測量值。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第二發(fā)展中，由激勵裝置驅(qū)動的測量管執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振蕩，測量管扭轉(zhuǎn)振蕩頻率與測量管彎曲振蕩頻率不同，由激勵裝置驅(qū)動的測量管以該彎曲振蕩頻率執(zhí)行橫向振蕩。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第三發(fā)展中，測量管與連接的管道通過通入入口端的入口管段和通入出口端的出口管段相通，并且測量變送器包括在測量管的入口端和出口端固定的特別是也與激勵裝置機械耦合的反振蕩器，其在操作期間至少間斷地特別是與測量管反相地振動。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第四發(fā)展中，測量儀表電子器件基于第一中間值與第二中間值的比較和/或基于在第一中間值和第二中間值之間存在的差，確定校正值。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第五發(fā)展中，測量儀表電子器件還使用至少一個振蕩測量信號生成第一和/或第二中間值。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第六發(fā)展中，至少一個測量值代表測量管中流動的介質(zhì)的粘度，并且測量儀表電子器件還基于驅(qū)動激勵裝置的激勵電流和/或激勵電流的一個分量確定開始測量值。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第七發(fā)展中，至少一個測量值代表測量管中流動的介質(zhì)的密度，并且測量儀表電子器件使用至少一個振蕩測量信號和/或激勵電流確定開始測量值，使得其對應(yīng)于待測密度和/或至少一個振蕩測量信號的振蕩頻率。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第八發(fā)展中，測量儀表電子器件基于第一和第二中間值至少間斷地確定濃度測量值，其在測量管中的兩相或多相介質(zhì)的情況中代表介質(zhì)相的特別是相對體積和/或質(zhì)量比率。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第九發(fā)展中，傳感器裝置發(fā)送至少一個第一振蕩測量信號以及至少一個第二振蕩測量信號，所述第一振蕩測量信號至少部分地代表測量管的入口側(cè)橫向振蕩，特別是彎曲振蕩，所述第二振蕩測量信號至少部分地代表測量管的出口側(cè)橫向振蕩，特別是彎曲振蕩。
在本發(fā)明的在線測量儀表的第十發(fā)展中，至少一個測量值代表測量管中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流量，并且測量儀表電子器件使用兩個振蕩測量信號確定開始測量值，使得其對應(yīng)于待測質(zhì)量流量和/或兩個振蕩測量信號之間的相位差。
在本發(fā)明的方法的第一發(fā)展中，生成測量值的步驟進一步包括步驟-使用至少一個振蕩測量信號和/或激勵電流，得到至少近似對應(yīng)于待測物理測量變量的開始測量值，-利用第一和第二中間值，生成對于開始值的校正值，以及-利用校正值校正開始測量值，以生成測量值。
在本發(fā)明的方法的第二發(fā)展中，生成對于開始測量值的校正值的步驟進一步包括步驟-考慮到在兩個中間值之間存在的差，確定濃度測量值，其在測量管中的兩相或多相介質(zhì)的情況中代表介質(zhì)相的特別是相對的體積和/或質(zhì)量比率。
本發(fā)明的基本思想在于，為了校正或補償可能的測量誤差(特別是在待測介質(zhì)中的非均勻性)，以雙模式驅(qū)動測量變送器，其中令測量管輪流和/或交替地以至少兩種彼此基本獨立的振蕩模式振動，這兩種模式是橫向振蕩模式和扭轉(zhuǎn)振蕩模式。基于確定的測量變送器的雙模式操作的操作參數(shù)，特別是對于維持測量管橫向振蕩和扭轉(zhuǎn)振蕩所需的激勵電流，可以以非常簡單的方式非常精確且魯棒的校正值確定測量管的振蕩頻率和/或幅度。
本發(fā)明特別地在于認識到，為了維持測量管橫向振蕩而饋送入測量變送器的激勵能量可以受到待測介質(zhì)中的非均勻性影響，非均勻性例如是混存的氣泡、固體顆粒等。與此相對比，為了維持測量管扭轉(zhuǎn)振蕩而饋送入測量變送器的激勵能量對于這種非均勻性的依賴性明顯降低，從而在操作中，可以基于這個激勵能量，特別是基于用于維持扭轉(zhuǎn)振蕩而實際饋送的激勵電流分量，確定實際參考值，借助于該參考值可以以相應(yīng)的方式對于橫向振蕩確定的測量值進行比較，例如對于維持橫向振蕩實際饋送的激勵電流分量進行比較?；谶@個例如以規(guī)則化的方式或者減法實現(xiàn)的比較，可以估計介質(zhì)中的瞬時非均勻度，并由此得到有關(guān)測量中的測量誤差的足夠精確的結(jié)論。由此，根據(jù)本發(fā)明的在線測量儀表特別適用于測量管中流動的兩相或多相介質(zhì)，特別是液-氣混合物的物理測量變量，特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，待確定的校正值在較大的使用范圍中可以很好地再現(xiàn)，并且在測量操作器件確定校正值的生成步驟相比較而言可以簡單地公式化。這些生成步驟可以以相對較少的花費預先校準。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，在本發(fā)明的在線測量儀表的情況中，與現(xiàn)有儀表(特別是在WO-A 03/095950、WO-A 03/095949或US-A 45 24 610中記載的現(xiàn)有技術(shù))相比，僅僅在通用的產(chǎn)生數(shù)字測量值中需要較小的改動，基本上限于固件，而在測量變送器以及產(chǎn)生及預處理振蕩測量信號方面，不需要或者僅僅需要微小的改動。于是，例如在兩相或多相介質(zhì)的情況中，振蕩測量信號可以像以前一樣，以遠遠低于100∶1，特別是大約10∶1的采樣率進行采樣。


現(xiàn)在根據(jù)附圖中給出的實施例，詳細解釋本發(fā)明及其具有優(yōu)點的進一步發(fā)展。所有附圖中對于相同的部件使用相同的附圖標記；出于清楚的需要，在后面的附圖中省略了已經(jīng)提到的附圖標記。
圖1顯示了在線測量儀表，其可以插入管道中，用于測量管道中流動的流體的質(zhì)量流量，
圖2以透視側(cè)視圖顯示了適用于圖1的測量儀表的振動型測量變送器的實施例，圖3以側(cè)視圖顯示了圖2的測量變送器，圖4以第一截面顯示了圖2的測量變送器，圖5以第二截面顯示了圖2的測量變送器，圖6顯示了適用于圖1的在線測量儀表的振動型測量變送器的另一實施例的縱向截面?zhèn)纫晥D，圖7以框圖的形式示意性顯示了圖1的在線測量儀表的測量儀表電子器件的優(yōu)選發(fā)展，和圖8、9是利用圖1-7的在線測量儀表實驗確定的測量數(shù)據(jù)的圖表。
具體實施例方式
圖1是在線測量儀表1的透視圖，該測量儀表適用于檢測管道(未顯示)中流動的介質(zhì)的物理測量變量，例如質(zhì)量流量m、密度ρ和/或粘度η，以及將其以瞬時代表該測量變量的測量值XX的形式表現(xiàn)。介質(zhì)可以實際上是任何可流動材料，例如液體、氣體、蒸汽等。
為此，例如構(gòu)成為測量科里奧利質(zhì)量流量/密度和或粘度的在線測量儀表1包括振動型測量變送器10和測量儀表電子器件50，在操作期間待測介質(zhì)流經(jīng)該振動型測量變送器10，測量儀表電子器件50與測量變送器10電連接。圖2-6顯示了變送器的實施例和發(fā)展，而圖2和7是測量儀表電子器件的示意性例子。優(yōu)選地，測量儀表電子器件50進一步被這樣設(shè)計，使得它在在線測量儀表1操作器件可以經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(例如現(xiàn)場總線系統(tǒng))與上位的測量值處理單元(例如可編程邏輯控制器(PLC)、個人計算機和/或工作站)交換測量和/或其它操作數(shù)據(jù)。另外，這樣設(shè)計測量儀表電子器件50，使得它可以由外部電源例如通過上述現(xiàn)場總線系統(tǒng)供電。對于振動型測量儀表耦合至現(xiàn)場總線或其它通信系統(tǒng)的情況，特別是可編程的測量儀表電子器件50具有相應(yīng)的用于數(shù)據(jù)通信的通信接口，例如用于將測量數(shù)據(jù)發(fā)送至上面提到的可編程邏輯控制器或上位的過程控制系統(tǒng)。為了調(diào)節(jié)測量儀表電子器件50，還提供電子器件外殼200，它特別是從外部直接安裝在測量變送器10上，或者從測量變送器10拆卸。
正如已經(jīng)提到的，在線測量儀表包括振動型測量變送器，它在操作期間由待測介質(zhì)流經(jīng)，并且用于在流經(jīng)的介質(zhì)中產(chǎn)生這樣的機械反作用力，特別是依賴于質(zhì)量流量的科里奧利力、依賴于介質(zhì)密度的慣性力和/或依賴于介質(zhì)粘度的摩擦力，這些力可測地特別是可以被傳感器檢測地反作用于測量變送器?；谶@些表征介質(zhì)的反作用力，可以以本領(lǐng)域熟知的方式測量例如介質(zhì)的質(zhì)量流量、密度和/或粘度。圖3和4示意性顯示了用作振動型測量變送器10的實施例的物理-電轉(zhuǎn)換裝置。這種轉(zhuǎn)換裝置的機械構(gòu)造和功能是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的并且例如在US-B 66 91 583、WO-A 03/095949或WO-A 03/095950中有詳細說明。
為了引導介質(zhì)并產(chǎn)生所述反作用力，測量變送器包括至少一個具有可預定測量管直徑的基本直的測量管10，在操作期間令其至少間斷地振動并因而重復彈性形變。這里，測量管內(nèi)腔的彈性形變意味著測量管內(nèi)腔的空間形狀和/或空間位置以可預定的方式在測量管10的彈性范圍之內(nèi)循環(huán)地，特別是周期性地改變。關(guān)于這一點，參見US-A 4801 897、US-A 56 48 616、US-A 57 96 011、US-A 60 66 609、US-B 66 91583、WO-A 03/095949和/或WO-A 03/095950。這里應(yīng)當注意，盡管在這個實施例中測量變送器僅包括一個直的測量管，但是可以使用現(xiàn)有技術(shù)中記載的大量其它科里奧利質(zhì)量流量測量變送器，代替所述的測量變送器實現(xiàn)本發(fā)明。特別地，例如具有兩個由待測介質(zhì)流經(jīng)的平行的直的測量管的振動型測量變送器是合適的，這例如在US-A 56 02 345中有詳細說明。
測量管10以通常的方式在入口側(cè)和出口側(cè)與引入或?qū)С龃郎y介質(zhì)的管道相通，該測量管在剛性的特別是抗彎曲及扭曲的轉(zhuǎn)換器外殼100中被可振蕩地懸掛。為了令介質(zhì)流經(jīng)其中，測量管10通過通入入口端11#的入口管段11和通入出口端12#的出口管段12與管道連接。測量管10和入口及出口管段11、12盡可能彼此對齊并與上面提到的測量管縱軸L對齊，并且優(yōu)選地實施為整體的一件，從而例如可以使用單個的管狀工件用于它們的制造；如果需要，測量管10和管段11、12也可以由分離的在后來連結(jié)例如焊接在一起的工件制造。為了制造測量管10以及入口及出口管段11、12，特別地可以使用這種測量變送器通常使用的任何材料，諸如鐵合金、鈦合金、鋯合金和/或鉭合金、塑料或陶瓷。對于測量變送器可松開地與管道裝配的情況，入口管段11和出口管段12優(yōu)選地各自分別具有第一和第二法蘭13、14；然而，如果需要，入口及出口管段11、12也可以例如通過焊接或銅焊而直接與管道相連。另外，正如在圖1中示意性示出的，提供轉(zhuǎn)換器外殼100，其固定至入口及出口管段11、12并且包圍測量管10；關(guān)于這一點，請參考圖1和2。
至少為了測量質(zhì)量流量m，激勵測量管10以構(gòu)成為橫向振蕩模式的第一振蕩有效模式振蕩，其中它至少部分地執(zhí)行橫向于測量管縱向軸線L的振蕩，特別是彎曲振蕩，特別地，它橫向向外彎曲，基本上以依照自然第一本征振蕩形式的自然彎曲本征頻率振蕩。對于連接的管道中的介質(zhì)是流動的并且因而質(zhì)量流量m不為零的情況，利用以第一振蕩有效模式振蕩的測量管10在流動介質(zhì)中引起科里奧利力。這些力反過來對于測量管10有影響，使得以本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方式，測量管10的附加的可由傳感器檢測的形變基本上依照自然第二本征振蕩形式，該本征振蕩形式被共面地疊加在第一本征振蕩形式上。測量管10的形變的瞬時偏移，特別是它的幅度也依賴于瞬時質(zhì)量流量m。作為第二本征振蕩形式，即所謂的科里奧利模式，可以例如像在這種測量變送器的情況中常見的那樣，是具有兩個振蕩波腹或者四個振蕩波腹的反對稱彎曲振蕩形式。由于已知測量管的這種橫向振蕩模式的自然本征頻率特別地還依賴于介質(zhì)的密度ρ，所以可以利用在線測量儀表除了測量質(zhì)量流量m還測量密度ρ。除了橫向振蕩，還至少間斷地驅(qū)動至少一個測量管10進入扭轉(zhuǎn)振蕩模式，以在流動介質(zhì)中生成依賴于粘度的剪切力。在這個扭轉(zhuǎn)振蕩模式中，激勵測量管圍繞與測量管縱軸L基本平行分布或一致的扭轉(zhuǎn)振蕩軸線扭轉(zhuǎn)振蕩，并且它基本上依照自然扭轉(zhuǎn)振蕩形式圍繞其縱軸L扭曲，例如參照US-A 45 25610、US-A 52 53 533、US-A 60 06 609或EP-A 1 158 289。扭轉(zhuǎn)振蕩的激勵既可以與第一有效振蕩模式交替也可以與其分離，在第二振蕩有效模式中或者至少在彼此不同的振蕩頻率中，也可以與第一振蕩有效模式中的橫向振蕩同時進行。換句話說，測量變送器至少間斷地以雙模式操作，其中至少一個測量管10輪流地和/或交替地以至少兩個彼此基本獨立的振蕩模式振動，這兩個振蕩模式是橫向振蕩模式和扭轉(zhuǎn)振蕩模式。
在本發(fā)明的一個發(fā)展中，至少間斷地以橫向振蕩頻率fexcL激勵測量管10，以在流動介質(zhì)中產(chǎn)生依賴于質(zhì)量流量的科里奧利力，該橫向振蕩頻率盡可能精確地對應(yīng)于測量管10的最低自然彎曲本征頻率，從而橫向振蕩的但沒有流體流經(jīng)的測量管10相對于垂直于測量管縱向軸線L的中央軸基本對稱地向外彎曲，并且在這種情況中具有單一的波腹。例如，在用作測量管10的不銹鋼管的標稱寬度為20mm、壁厚約為1.2mm、長度約為350mm并具有常見的附加物的情況中，這個最低彎曲本征頻率可以在大約850Hz～900Hz的范圍。
在本發(fā)明的另一個發(fā)展中，特別是與有效模式中的橫向振蕩同時地以盡可能精確地對應(yīng)于測量管10的自然扭轉(zhuǎn)本征頻率的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率fexcT激勵測量管10。例如在直的測量管的情況中，最低扭轉(zhuǎn)本征頻率可以大約在最低彎曲本征頻率的二倍的范圍內(nèi)。
正如已經(jīng)指出的，測量管11的振蕩一方面由于特別是由于振蕩能量特別是在介質(zhì)上的耗散而衰減。然而，另一方面，因為與振動的測量管10機械耦合的部件，例如轉(zhuǎn)換器外殼100或相連的管道同樣被激勵振蕩，所以該測量管的振蕩能量也會大大減少。為了抑制或防止振蕩能量到環(huán)境的可能損耗，額外在測量變送器中提供反振蕩器20，其固定在測量管10的入口側(cè)及出口側(cè)。如圖2示意性示出的，反振蕩器20優(yōu)選地一件形成。如果需要，反振蕩器20還可以如US-A 59 69 265、EP-A 317 340或WO-A 00/14485所示，由多個部件構(gòu)成，或者由固定在測量管10的入口及出口側(cè)的兩個分離的部分反振蕩器實現(xiàn)；參見圖6。反振蕩器20用于對于至少一個預先確定的在測量變送器操作期間有望最常見的或者甚至是臨界的介質(zhì)密度值，動態(tài)平衡測量變送器，使得在振動的測量管10中可能出現(xiàn)的橫向力和/或彎曲力矩大部分被補償；關(guān)于這一點，參見US-B 66 91 583。除此之外，反振蕩器20在測量管在操作中也被激勵扭轉(zhuǎn)振蕩的上述情況中，還產(chǎn)生反扭轉(zhuǎn)力矩，其在很大程度上補償由優(yōu)選地圍繞其縱向軸線L扭曲的單個測量管10產(chǎn)生的這種扭轉(zhuǎn)力矩，從而保持測量變送器周圍特別是連接的管道在很大程度上免受動態(tài)扭轉(zhuǎn)力矩。如圖2和3所示，反振蕩器20可以為管狀，并且例如在測量管10的入口端11#和出口端12#這樣與測量管10連接，使得它如圖3所示基本上與測量管10同軸對齊。對于實際應(yīng)用，反振蕩器20的材料可以是測量管10可用的材料，即，例如是不銹鋼、鈦合金等。
特別是與測量管10相比，反振蕩器20的扭轉(zhuǎn)和/或彎曲彈性較小，同樣令該反振蕩器在操作期間振蕩，并且實際上基本上與測量管10的頻率相同但相位不同，特別是反相。保持這樣的同時，反振蕩器20被調(diào)整為具有至少一個其扭轉(zhuǎn)本征頻率，該頻率盡可能精確地等于測量管10在操作期間振蕩的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率之一。除此之外，盡可能精確地調(diào)整反振蕩器20為至少一個其彎曲本征頻率，該頻率等于測量管10特別是在有效模式中振蕩的至少一個彎曲振蕩頻率，并且在測量變送器的操作期間還激勵反振蕩器20橫向振蕩，特別是彎曲振蕩，這基本上與測量管10的橫向振蕩特別是有效模式的彎曲振蕩共面。
在本發(fā)明的一個發(fā)展中，如圖3所示，在反振蕩器20中提供槽201、202，用于以簡單的方式使得能夠精確調(diào)整其扭轉(zhuǎn)本征頻率，特別是通過降低反振蕩器20的扭轉(zhuǎn)剛度而降低扭轉(zhuǎn)本征頻率。盡管圖2和3中顯示槽201、202基本上均勻地分布在縱向軸線L的方向上，但是如果需要，它們當然可以非均勻地分布在縱向軸線L的方向上。除此之外，正如同樣在圖3中示意性示出的，反振蕩器的質(zhì)量分布也可以利用固定在測量管10上的相應(yīng)的質(zhì)量平衡體101、102校正。質(zhì)量平衡體101、102可以例如是推到測量管10上的金屬環(huán)或者固定在其上的小金屬盤。
為了得到測量管10的機械振蕩，測量變送器還包括耦合至測量管的特別是電動的激勵裝置40。激勵裝置40用于將從測量儀表電子器件饋送的激勵電能Pexc轉(zhuǎn)換為激勵力矩Mexc和/或激勵力Fexc，其中激勵電能Pexc例如具有經(jīng)調(diào)節(jié)的激勵電流iexc和/或經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓，激勵力矩Mexc例如以脈沖或諧波的形式作用于測量管10并且令其彈性形變，激勵力Fexc橫向作用在測量管10上。為了達到盡可能高的效率和信噪比，盡可能精確地設(shè)置激勵電能Pexc，使得在很大程度上維持測量管10在有效模式中的振蕩，并且該振蕩實際上盡可能精確地具有由介質(zhì)流經(jīng)的測量管的瞬時本征頻率。在這種情況中，實際上正如圖4和6中示意性顯示的，激勵力Fexc和激勵力矩Mexc可以分別為雙向的，或者為單向的，并且以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式例如利用電流和/或電壓調(diào)節(jié)電路調(diào)整它們的幅度并且例如利用鎖相環(huán)調(diào)整它們的頻率。正如在這種振動型測量變送器中常見的，激勵裝置40可以例如是活塞線圈裝置，其具有安裝至反振蕩器20或從轉(zhuǎn)換器外殼100內(nèi)部固定的圓柱形激勵線圈，該線圈在操作期間傳導相應(yīng)的激勵電流iexc并且該活塞線圈裝置具有至少部分插入激勵線圈的固定在測量管10上的永磁電樞。另外，激勵裝置40還可以例如在US-A 45 24 610或WO-A 03/09950中顯示的，利用多個活塞線圈實現(xiàn)或者利用電磁鐵實現(xiàn)。
為了檢測測量管11的振蕩，測量變送器還包括傳感器裝置50，其利用至少一個對測量管10的振動作出反應(yīng)的第一振蕩傳感器51產(chǎn)生代表振動的第一振蕩測量信號s1，其特別是模擬信號。振蕩傳感器51可以例如利用永磁電樞形成，該電樞固定至測量管10并且與安裝在反振蕩器20或轉(zhuǎn)換器外殼上的傳感器線圈交替作用。特別適用于振蕩傳感器51的是基于電動原理并且檢測測量管10的偏轉(zhuǎn)速度的那些傳感器。然而，也可以使用測量加速度的電動傳感器，甚至測量行程時間的電阻或光學傳感器。當然，也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的并且適于檢測這種振動的其它傳感器。傳感器裝置60還包括第二振蕩傳感器52，其特別地與第一振蕩傳感器51相同，利用它發(fā)送同樣代表測量管10的振動的第二振蕩測量信號s2。在這個實施例中，兩個振蕩傳感器51、52沿測量管10彼此分離地設(shè)置在測量變送器10中，特別地，與測量管10的中點距離相等，從而利用傳感器裝置50本地檢測測量管10的入口側(cè)及出口側(cè)的振動并將它們轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的振蕩測量信號s1和s2。這兩個測量信號s1、s2通常各自具有對應(yīng)于測量管10的瞬時振蕩頻率的信號頻率，如圖2所示，這兩個測量信號被送入測量儀表電子器件50，在那里它們被利用現(xiàn)有技術(shù)已知的方式預處理，特別是數(shù)字化，并且隨后被合適地分析。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖2和3所示，這樣構(gòu)造并在測量變送器中設(shè)置激勵裝置40，使得它在操作中同時地，特別是差動地作用在測量管10和反振蕩器20上。在本發(fā)明的這個進一步發(fā)展中，如圖2所示，優(yōu)選地這樣構(gòu)造并在測量變送器中設(shè)置激勵裝置40，使得它在操作中同時地，特別是差動地作用在測量管10和反振蕩器20上。在圖4所示的實施例中，激勵裝置40為此具有至少一個在操作期間至少間斷地流過激勵電流或激勵電流分量的第一激勵線圈41a，其固定至連接到測量管10的杠桿41c，并且通過該杠桿和從外部固定至反振蕩器20的電樞41b差動地作用在測量管10和反振蕩器20上。該裝置還具有以下優(yōu)點一方面，反振蕩器20以及轉(zhuǎn)換器外殼100被保持為在截面上較小，并且盡管如此，特別是在組裝期間也可以容易地達到激勵線圈41a。除此之外，激勵裝置40的這個實施例的另一優(yōu)點是，可能使用的線圈杯41d同樣可以固定在反振蕩器20上并且因而實際上對于測量管10的本征頻率沒有影響，該線圈杯特別是在標稱寬度大于80mm時的重量不再是可忽略的。然而，這里應(yīng)當注意的是，如果需要，激勵線圈41a還可以由反振蕩器20支持，并且電樞41b被測量管10支持。
以相應(yīng)的方式，還可以這樣設(shè)計并在測量變送器中設(shè)置振蕩傳感器51、52，使得它們差動地檢測測量管10和反振蕩器20的振動。在圖5所示的實施例中，傳感器裝置50包括固定在測量管10上的傳感器線圈51a，這里它位于傳感器裝置50的所有慣性主軸的外部。傳感器線圈51a盡可能鄰近固定在反振蕩器20上的電樞51b，并且這樣與這個電樞51b磁耦合，使得在傳感器線圈中感應(yīng)變化的測量電壓，該電壓受到測量管10和反振蕩器20之間的旋轉(zhuǎn)和/或橫向的相對位置和/或相對間距改變的相對運動的影響?；趥鞲衅骶€圈51a的這種設(shè)置，上述扭轉(zhuǎn)振蕩以及激勵的彎曲振蕩都被具有優(yōu)點地同時檢測。然而，如果需要，傳感器線圈51a也可以為此固定在反振蕩器20上，并且以相應(yīng)的方式，與其耦合的電樞51b固定在測量管10上。
在本發(fā)明的另一實施例中，測量管10、反振蕩器20和固定在它們上的傳感器和激勵裝置40、50這樣在它們的質(zhì)量分布方面彼此匹配，使得這樣形成的利用入口及出口管段11、12懸掛的測量變送器內(nèi)部部分具有質(zhì)量中心MS，其至少位于測量管10的內(nèi)部，然而它優(yōu)選地盡可能靠近測量管縱向軸線L。另外，內(nèi)部部分具有優(yōu)點的這樣構(gòu)成，使得它具有第一理論慣性主軸T1，其與入口管段11和出口管段12對齊并且至少分段地位于測量管10內(nèi)部。由于內(nèi)部部分的質(zhì)量中心MS的偏移，特別是還由于上述第一理論慣性主軸T1的位置，這兩種在操作期間由測量管10采取并且隨后由反振蕩器20補償?shù)恼袷幮问?，即，測量管10的扭轉(zhuǎn)振蕩和彎曲振蕩，被最大程度地彼此機械解耦；關(guān)于這一點，參見WO-A 03/095950。以這種方式，兩種振蕩形式，即，橫向振蕩和/或扭轉(zhuǎn)振蕩可以具有優(yōu)點地彼此分離地激勵。當內(nèi)部部分，即測量管10、反振蕩器20以及固定在它們上的傳感器及激勵裝置50、40被這樣構(gòu)造并設(shè)置，使得內(nèi)部部分沿測量管縱向軸線L的質(zhì)量分布基本對稱，至少相對于圍繞測量管縱向軸線L虛擬旋轉(zhuǎn)180°不變(c2對稱)，則質(zhì)量中心MS以及第一理論慣性主軸T1相對于測量管縱向軸線L的偏移都例如可以被顯著簡化。另外，這里，管狀的特別是主要為軸對稱的反振蕩器20基本上與測量管10同軸設(shè)置，從而顯著簡化了內(nèi)部部分的對稱質(zhì)量分布的獲得，并且因而，質(zhì)量中心MS以簡單的方式向測量管縱向軸線L靠近。另外，在該實施例中這樣構(gòu)造并在測量管10和反振蕩器20上設(shè)置傳感器及激勵裝置50、40，使得通過它們產(chǎn)生的質(zhì)量慣性力矩盡可能與測量管縱向軸線L同中心地形成，或者至少保持它盡可能小。這可以例如使得傳感器及激勵裝置50、40的公共質(zhì)量中心同樣盡可能靠近測量管縱向軸線L和/或?qū)鞲衅骷凹钛b置50、40的總質(zhì)量保持盡可能小。
在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，為了分離地激勵測量管10的扭轉(zhuǎn)和/或彎曲振蕩，這樣構(gòu)造激勵裝置40并將其固定至測量管10和反振蕩器20，使得產(chǎn)生彎曲振蕩的力沿虛擬力線作用于測量管10，該力線在垂直于第一慣性主軸T1的第二慣性主軸T2外部延伸或者與第二慣性主軸T2基本上在一點相交。優(yōu)選地，這樣構(gòu)造內(nèi)部部分，使得第二慣性主軸T2基本上與上述中央軸線一致。在圖4所示的實施例中，激勵裝置40為此具有至少一個第一激勵線圈41a，其在操作中至少間斷地流過激勵電流或激勵電流分量，該第一激勵線圈固定至連接到測量管10的杠桿41c，并且通過該杠桿和從外部固定至反振蕩器20的電樞41b差動地作用于測量管10和反振蕩器20。該裝置還具有以下優(yōu)點一方面，反振蕩器20以及轉(zhuǎn)換器外殼100在截面上被保持地較小，并且盡管如此，特別是在組裝期間也可以容易地達到激勵線圈41a。除此之外，激勵裝置40的這個實施例的另一優(yōu)點是，可能使用的線圈杯41d同樣可以固定在反振蕩器20上并且因而實際上對于測量管10的諧振頻率沒有影響，該線圈杯的重量特別是在標稱寬度大于80mm時不再是可忽略的。然而，這里應(yīng)當注意的是，如果需要，激勵線圈41a還可以由反振蕩器20支持，并且電樞41b被測量管10支持。
在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，激勵裝置40具有至少一個第二激勵線圈42a，其沿測量管10的直徑設(shè)置并且以與激勵線圈41a相同的方式耦合至測量管10和反振蕩器20。在本發(fā)明的另一優(yōu)選發(fā)展中，激勵裝置具有兩個另外的激勵線圈43a、44a，也就是說總共有四個至少相對于第二慣性主軸T2對稱設(shè)置并且都以前面說明的方式安裝在測量變送器中的激勵線圈。利用這種二或四線圈裝置，可以以簡單的方式，例如通過向激勵線圈之一例如激勵線圈41a提供與其它不同的感應(yīng)系數(shù)，或者通過令激勵線圈之一例如激勵線圈41a在操作中流過與其它激勵線圈的激勵電流分量不同的激勵電流分量，而產(chǎn)生在第二慣性軸線T2之外作用于測量管10的力。
在本發(fā)明的另一發(fā)展中，如圖5示意性示出的，傳感器裝置50包括傳感器線圈51a，其固定在測量管10上并且設(shè)置在第二慣性主軸T2外部。傳感器線圈51a盡可能靠近固定在反振蕩器20上的電樞51b，并且與這個電樞51b這樣磁耦合，使得在傳感器線圈中感應(yīng)變化的測量電壓，該測量電壓受到測量管10和反振蕩器20之間的旋轉(zhuǎn)和/或橫向的相對位置和/或相對間距改變的相對運動的影響?；趥鞲衅骶€圈51a的這種設(shè)置，上述扭轉(zhuǎn)振蕩以及可能的激勵的彎曲振蕩都被具有優(yōu)點地同時檢測。然而，如果需要，傳感器線圈51a也可以為此固定在反振蕩器20上，并且以相應(yīng)的方式，與其耦合的電樞51b固定在測量管10上。
進一步，這里要注意，可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式構(gòu)造激勵裝置40和傳感器裝置50具有基本相同的機械結(jié)構(gòu)；因而，上述激勵裝置40的機械結(jié)構(gòu)的實施例可以基本上被轉(zhuǎn)換為傳感器裝置50的機械結(jié)構(gòu)，反之亦然。
為了令測量管10振動，正如已經(jīng)提到的，利用同樣特別是多頻振蕩的具有可調(diào)幅度和可調(diào)激勵頻率fexc的激勵電流iexc，以這種方式向激勵裝置40供電，使得在操作期間激勵線圈26、36被這樣的電流流經(jīng)并且以相應(yīng)的方式產(chǎn)生移動電樞27、37所需的磁場。激勵電流iexc可以例如是諧波的、多頻的或甚至是矩形的。可以在實施例中顯示的測量變送器中具有優(yōu)點地這樣選擇并調(diào)整激勵電流iexc維持測量管10橫向振蕩所需的的橫向電流分量iexcL的橫向振蕩激勵頻率fexcL，使得橫向振蕩的測量管10基本上以具有單一振蕩波腹的彎曲振蕩基本模式振蕩。與其類似，可以在實施例中顯示的測量變送器中具有優(yōu)點地這樣選擇并調(diào)整激勵電流iexc維持測量管10扭轉(zhuǎn)振蕩所需的的扭轉(zhuǎn)電流分量iexcT的扭轉(zhuǎn)振蕩激勵頻率fexcT，使得扭轉(zhuǎn)振蕩的測量管10盡可能地以具有單一振蕩波腹的扭轉(zhuǎn)振蕩基本模式振蕩。上述的兩個電流分量iexcL和iexcT可以各自根據(jù)所選擇的操作類型而饋送入激勵裝置40，操作類型例如是間斷的，即瞬時分別作為激勵電流iexc而起作用，或者是同時的，即彼此補充構(gòu)成激勵電流iexc。
對于上述情況，測量管在操作期間振蕩所具有的橫向振蕩頻率fexcL和扭轉(zhuǎn)振蕩頻率fexcT被調(diào)整地彼此不同，甚至在同時激勵扭轉(zhuǎn)和彎曲振蕩的情況中，也可以利用測量變送器以簡單且具有優(yōu)點的方式例如基于信號濾波或頻率分析而實現(xiàn)在激勵信號以及傳感器信號中分離各個振蕩模式。另一種情況，實現(xiàn)交替激勵橫向及扭轉(zhuǎn)振蕩。
為了產(chǎn)生并調(diào)節(jié)激勵電流iexc或電流分量iexcL和iexcT，測量儀表電子器件50包括合適的驅(qū)動電路53，其被代表待設(shè)置的橫向振蕩激勵頻率fexcL的橫向振蕩頻率設(shè)置信號yFML以及代表激勵電流iexc和/或橫向電流分量iexcL的待設(shè)置的橫向振蕩幅度的橫向振蕩幅度設(shè)置信號yAML控制，并且驅(qū)動電路53還至少間斷地被代表待設(shè)置的扭轉(zhuǎn)振蕩激勵頻率fexcT的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率設(shè)置信號yFMT和代表激勵電流iexc和/或扭轉(zhuǎn)電流分量iexcT的待設(shè)置的扭轉(zhuǎn)振蕩幅度的扭轉(zhuǎn)振蕩幅度設(shè)置信號yAMT控制。驅(qū)動電路53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，例如數(shù)字控制的數(shù)字振蕩器也可以用于調(diào)整瞬時激勵電流iexc或激勵電流的分量iexcL、iexcT。
為了產(chǎn)生橫向振蕩幅度設(shè)置信號yAML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩幅度設(shè)置信號yAMT，可以使用例如集成在測量儀表電子器件50中的振幅調(diào)節(jié)電路51，其基于以瞬時橫向振蕩頻率和/或瞬時扭轉(zhuǎn)振蕩頻率測量的兩個振蕩測量信號s1、s2中的至少一個的瞬時幅度以及基于對于橫向或扭轉(zhuǎn)振蕩的合適的恒定或可變幅度參考值WB、WT，實現(xiàn)幅度設(shè)置信號yAML、yAMT；如果需要，激勵電流iexc的瞬時幅度也可以引入，用于生成橫向振蕩幅度設(shè)置信號yAML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩幅度設(shè)置信號yAMT；參見圖7。這種振幅調(diào)節(jié)電路的構(gòu)造和功能同樣對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。作為這種振幅調(diào)節(jié)電路的例子，還可以參考申請人提供的“PROMASS80”系列的測量發(fā)送器，例如結(jié)合“PROMASS I”系列測量變送器。優(yōu)選地這樣設(shè)計其振幅調(diào)節(jié)電路，使得測量管10的橫向振蕩被調(diào)整為恒定(即，獨立于密度ρ)的幅度。
頻率調(diào)節(jié)電路52和驅(qū)動電路53可以例如實施為鎖相環(huán)，其以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式使用，用于基于振蕩測量信號s1、s2中至少一個與要調(diào)整的或瞬時測量的激勵電流iexc之間測量的相位差，將橫向振蕩頻率設(shè)置信號yFML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩頻率設(shè)置信號yFML連續(xù)調(diào)整到測量管10的瞬時本征頻率。這種用于以機械本征頻率驅(qū)動測量管的鎖相環(huán)的構(gòu)造和使用例如在US-A 48 01 897有具體說明。當然，可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它頻率調(diào)節(jié)電路，諸如在US-A 45 24610或US-A 48 01 897中的電路。另外，關(guān)于這種頻率調(diào)節(jié)電路對于振動型測量變送器的應(yīng)用，參考已經(jīng)提到的“PROMASS 80”系列測量發(fā)送器。也可以從例如US-A 58 69 770或US-A 65 05 519中得到適用于驅(qū)動電路的其它電路。
在本發(fā)明的另一實施例中，如圖7示意性示出的，振幅調(diào)節(jié)電路51和頻率調(diào)節(jié)電路52是利用在測量儀表電子器件50中提供的數(shù)字信號處理器DSP和在DSP中相應(yīng)實現(xiàn)并運行的程序代碼實現(xiàn)的。程序代碼可以暫時地或甚至永久地例如存儲在控制和/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，并且可以在啟動信號處理器DSP期間被載入測量儀表電子器件50的例如集成在信號處理器DSP中的易失性數(shù)據(jù)存儲器RAM。應(yīng)用于此的信號處理器是可以在市場上獲得的，例如Texas Instruments Inc.的TMS320VC33。當然，實踐中已經(jīng)證明，用于在信號處理器DSP中預處理的振蕩測量信號s1、s2被利用相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號；關(guān)于這一點，參見EP-A 866 319。如果需要，由信號處理器發(fā)出的調(diào)整信號，諸如幅度設(shè)置信號yAML、yAMT或頻率設(shè)置信號yFML、yFMT可以被以相應(yīng)的方式數(shù)模轉(zhuǎn)換。
如圖7所示，可能被預先合適地調(diào)節(jié)的振蕩測量信號s1、s2還被饋送至測量儀表電子器件的測量電路21，該測量電路21為此用于基于至少一個振蕩測量信號s1、s2和/或基于激勵電流iexc生成至少一個測量值XX。
根據(jù)本發(fā)明的一個發(fā)展，測量電路21至少部分構(gòu)造為并用作流量計算機，其以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式基于在至少部分橫向振蕩的測量管10生成的振蕩測量信號s1、s2之間檢測的相位差而確定盡可能精確代表待測質(zhì)量流量的測量值XX，這里該測量值用作質(zhì)量流量測量值。這里，適用于測量電路21的可以是在現(xiàn)有的科里奧利質(zhì)量流量測量儀表種已經(jīng)提供的特別是數(shù)字測量電路，其基于振蕩測量信號s1、s2確定質(zhì)量流量；關(guān)于這一點，參見最初提到的WO-A 02/37063、WO-A99/39164或US-A 56 48 616和US-A 50 69 074。當然，也可以使用其它本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的適用于科里奧利質(zhì)量流量測量儀表的測量電路，它們測量并合適地分析所述類型的振蕩測量信號之間的相位和/或時間差。
進一步，測量電路21還用于從例如基于至少一個振蕩測量信號s1、s2得到的至少一個測量管11的測量振蕩頻率，生成可用作密度測量值的測量值XX，其瞬時代表介質(zhì)的待測密度ρ或介質(zhì)相位。
由于正如上面所述，令直的測量管10同時或交替橫向及扭轉(zhuǎn)振蕩，所以可以進一步使用測量電路21，用于由激勵電流iexc確定測量值Xx，該測量值是在測量管11中引導的介質(zhì)的表觀粘度或粘度-密度之積的量度并且可用作粘度測量值，它瞬時代表介質(zhì)的粘度，關(guān)于這一點，參見US-A 45 24 601或WO-A 95 16 897。
本領(lǐng)域技術(shù)人員由此可以很清楚地看出，在線測量儀表既能夠以共同的測量周期即相同的更新速率，也能夠以不同的更新速率確定不同測量變量x的各個測量值Xx。例如，高度精確地測量往往明顯改變的質(zhì)量流量通常需要非常高的更新速率，而與此相比變化較小的介質(zhì)粘度可以以更長的時間間隔被更新。另外，這使得能夠?qū)斍按_定的測量值Xx暫時保存在測量儀表電子器件中并用于后面的使用。以具有優(yōu)點的方式，測量電路21還可以利用信號處理器DSP實現(xiàn)。
正如在現(xiàn)有技術(shù)部分已經(jīng)提到的，流動介質(zhì)中的非均勻性和/或第一和第二介質(zhì)相的形成，例如液體中混雜的氣泡和/或固體顆粒，可以意味著假定單一相和/或均勻介質(zhì)而以常見方式確定的測量值不能足夠精確地符合實際測量便利x，例如實際質(zhì)量流量m，即，測量值必須被相應(yīng)地校正。這個預先確定的測量值臨時代表待測的物理測量變量x或至少與其相對應(yīng)，它正如已經(jīng)實施的實施例那樣，可以是在振蕩測量信號s1、s2之間測量的相位差Δφ或者測量管11的測量振蕩頻率，因而，在下面將其稱為初始測量值或開始測量值X′x。由這個開始測量值X′x，利用分析電子器件21推導出測量值Xx，其足夠精確地代表物理測量變量x，例如用作質(zhì)量流量測量值、密度測量值或粘度測量值?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)作了詳盡解釋，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以沒有困難地確定在實際中對應(yīng)于以現(xiàn)有方式生成的測量值的開始測量值X′x，從而本發(fā)明認為對于開始測量值X′x已經(jīng)給出了進一步的解釋。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)討論了介質(zhì)中的上述非均勻性，在使用所述類型的測量儀表中，這種介質(zhì)中的非均勻性直接影響兩個振蕩測量信號s1、s2之間測量的相位差以及兩個振蕩測量信號或激勵電流中每一個的振蕩幅度或振蕩頻率，并因而實際上影響每個利用所述類型的測量儀表通常直接或間接測量的操作參數(shù)。實際上，特別地正如在WO-A03/076880或US-B 65 05 519中解釋的，對于在橫向振蕩的測量管的情況中確定的操作參數(shù)尤其是這樣的；然而，不能排除利用扭轉(zhuǎn)振蕩的測量管測量的操作參數(shù)；關(guān)于這一點，特別參見US-A 45 24 610。
然而發(fā)明人的進一步調(diào)查已經(jīng)得到了令人驚奇的發(fā)現(xiàn)，即，盡管瞬時激勵電流iexc和相伴的在測量儀表操作期間通常同樣測量的測量管10的振蕩衰減在很大程度上依賴于兩相或多相介質(zhì)的非均勻性和/或依賴于相同介質(zhì)的第二相的濃度，例如來自噴出物的在待測液體中混雜的氣泡和/或固體顆粒的分布和/或量，盡管有至少在兩種上述基本模式的橫向及扭轉(zhuǎn)振蕩的影響，在維持橫向或扭轉(zhuǎn)振蕩瞬時需要的電流分量iexcL、iexcT與兩相或多相介質(zhì)的非均勻性或第二相(特別是用作干擾的第二相)的瞬時濃度之間展現(xiàn)較大的可復制性并因而假定至少可實驗確定的關(guān)系。
另外，已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)，盡管橫向振蕩的瞬時衰減以及特別地在US-A 45 24 610或EP-A 1 291 639中所討論的扭轉(zhuǎn)振蕩的瞬時衰減都在很大程度上依賴于非均勻度或各個介質(zhì)相位的濃度，但是通過同時或者至少時間接近地確定兩個振蕩模式的瞬時衰減，能夠得到對于中間值X’x非常魯棒且具有很好的可復制性的校正并審查非常精確的測量值Xx。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橫向振蕩以及扭轉(zhuǎn)振蕩的衰減強烈地依賴于待測介質(zhì)的粘度。對于橫向振蕩的衰減顯示了對于在測量管10中瞬時引導的介質(zhì)的非均勻度的強烈依賴，而相反，扭轉(zhuǎn)振蕩的衰減對于介質(zhì)中的非均勻性的依賴弱的多。
根據(jù)本發(fā)明，為了改善確定物理測量變量x例如質(zhì)量流量m或密度ρ的精度，至少間斷地以上面已經(jīng)提到的雙模式驅(qū)動測量變送器，其中令至少一個測量管10輪流地和/或交替地以橫向振蕩模式和/或扭轉(zhuǎn)振蕩模式振動。對于這樣得到的對于先前確定的開始測量值X’x的校正，在操作期間利用測量儀表電子器件2確定特別是數(shù)字的第一中間值X1和特別是數(shù)字的第二中間值X2，其中第一中間值基本上對應(yīng)于橫向振蕩模式的衰減，第二中間值基本上對應(yīng)于依賴于介質(zhì)的扭轉(zhuǎn)振蕩模式衰減。這里，第一中間值X1的確定基本上是基于激勵電流iexc的維持橫向振蕩所需的特別是經(jīng)調(diào)節(jié)的橫向電流分量iexcL考慮的，而第二中間值X2的確定基本上是基于維持扭轉(zhuǎn)振蕩所需的特別是經(jīng)調(diào)節(jié)的扭轉(zhuǎn)電流分量iexcT考慮的。
使用兩個中間值X1、X2，由測量電流21進一步確定對于中間值X’x的特別是同樣為數(shù)字的校正值XK。基于校正值XK而對中間值X′x進行的校正以及測量值Xx的生成可以在測量儀表電子器件中例如根據(jù)以下數(shù)學關(guān)系進行Xx＝Kx·(1+XK)·X′x(1)在本發(fā)明的實施例中，校正值XK是利用測量儀表電子器件基于以下數(shù)學關(guān)系確定的XK＝KK·(X1-X2) (2)從而這實際上顯示了在操作中測量的主要激勵的橫向和扭轉(zhuǎn)振蕩的衰減的偏差ΔD的量度。作為替代或者補充，可以進一步基于以下數(shù)學關(guān)系確定校正值XKXK=KK′·(1-X2X1)---(3)]]>于是，在等式(2)中，校正值XK是基于在中間值X1和中間值X2之間存在的差ΔD而確定的；而等式(3)基于第二中間值X2與第一中間值X1的比較而確定校正值XK。在這方面，至少對于兩相介質(zhì)，校正值XK還代表第一和第二介質(zhì)相的瞬時的相對或絕對濃度的量度，其中所述第一或第二相特別的是液體中的氣泡。除了生成測量值Xx，校正值XK還可以以具有優(yōu)點的方式例如轉(zhuǎn)換為濃度測量值XC，其在測量管中的里兩相或多相介質(zhì)的情況中代表特別是一個介質(zhì)相的相對體積和/或質(zhì)量比率。另外，校正值XK還可以用于例如在現(xiàn)場或者在遠程控制室中以可視的方式用信號表示介質(zhì)的非均勻性程度或由此得到的測量值，諸如介質(zhì)中的空氣含量或者在介質(zhì)中混雜的固體顆粒的體積、質(zhì)量或數(shù)量百分比。作為替代或者補充，校正值XK還可以用于例如通過與預先確定的閾值比較而用信號通知使用者，在測量管10中的瞬時流動特性的情況中，正在非常不確定地和/或誤差很大地測量測量變量x。另外，對于這種情況，還可以使用校正值XK切斷信號輸出，該輸出發(fā)出對于相關(guān)測量變量x的測量值Xx。
另外的實驗已經(jīng)顯示，對于根據(jù)所示實施例的測量變送器，考慮振動的測量管的瞬時橫向振蕩頻率能夠?qū)е逻M一步改進測量值Xx的精度。另外，利用瞬時橫向振蕩頻率的平方根將從等式(2)或(3)確定的校正值XK規(guī)格化可以使得校正值XK基本上與氣體比率成比例，至少對于待測的液體例如甘油混雜有氣泡例如空氣的情況是這樣的；關(guān)于這一點，參見圖9。于是，根據(jù)本發(fā)明的進一步發(fā)展，使用代表瞬時橫向振蕩頻率的橫向振蕩頻率測量值XfexcL修正等式(2)XK=KK·(X1-X2)XfexcL---(4)]]>橫向振蕩頻率測量值的確定可以以簡單的方式例如基于上述橫向振蕩頻率調(diào)整信號yFML完成。
在確定兩個中間值X1、X2時還要注意，測量管10的振蕩的衰減不僅是通過對于介質(zhì)內(nèi)的粘性摩擦有貢獻的衰減分量而且還通過實際上獨立于介質(zhì)的衰減分量而確定的。后者是由例如在激勵裝置40和測量管10的材料內(nèi)部作用的機械摩擦力引起的。換句話說，瞬時測量的激勵電流iexc代表測量變送器10中的總摩擦力和/或摩擦力矩，其包括測量變送器中的機械摩擦以及介質(zhì)中的粘性摩擦。正如已經(jīng)提到的，中間值X1、X2應(yīng)當主要對應(yīng)于對介質(zhì)中的粘性摩擦有貢獻的衰減分量，在確定該中間值時，獨立于介質(zhì)的機械衰減分量要被合適地考慮，例如被合適地分離或消除。
為了確定中間值X1，在本發(fā)明的一個實施例中，從瞬時代表橫向電流分量iexcL的特別是數(shù)字的橫向電流測量值XiexcL中減去相應(yīng)的橫向無載電流測量值KiexcL，其代表在無載測量管10的情況中在測量變送器中以瞬時激勵的橫向振蕩模式產(chǎn)生的機械摩擦力。以相同的方式，為了確定中間值X2，從瞬時代表扭轉(zhuǎn)電流分量iexcT的特別是數(shù)字的扭轉(zhuǎn)電流測量值XiexcT中減去扭轉(zhuǎn)無載電流測量值KiexcT，其代表在無載測量管10的情況中在測量變送器中以瞬時激勵的扭轉(zhuǎn)振蕩模式產(chǎn)生的機械摩擦力。
在本發(fā)明的另一實施例中，如圖8所示，中間值X1的確定是例如通過使用對于校正質(zhì)量流量的試驗確定的電流測量值XiexcL、XiexcT和無載電流測量值KiexcL、KiexcT基于驅(qū)動橫向振蕩的橫向電流分量iexcL并基于相關(guān)的橫向無載電流測量值KiexcL，特別是基于以下數(shù)學關(guān)系進行的X1＝K1·(XiecL-KiexcL)(5)和/或基于以下數(shù)學關(guān)系X1=K1′·(1-KiexcLXiexcL)---(6)]]>在需要時，特別是在振動的測量管的振蕩幅度在操作期間顯著改變和/或偏離校準的參考值的情況中，可以同樣預先例如使用振蕩測量信號s1、s2將橫向電流分量iexcL對于測量管的橫向振蕩的瞬時振蕩幅度進行規(guī)格化。
于此類似，也可以基于以下等式(7)或等式(8)確定中間值X2X2＝K2·(XiexcT-KiexcT) (7)X2=K2′·(1-KiexcLXiexcT)---(8)]]>每一個無載電流測量值KiexcL、KiexcT以及儀表特定的系數(shù)Kk、K’k、K1、K2、K’1或K’2同樣在校準在線測量儀表(例如，被排空的或僅引導空氣的測量管)的同時被確定，并相應(yīng)地在測量儀表電阻器件50中保存或調(diào)整特別是被對于測量的振蕩幅度規(guī)格化的測量振蕩幅度。無需進一步解釋，本領(lǐng)域技術(shù)人員很清楚，如果需要，校準時可以考慮影響無載電流測量值KiexcL、KiexcT的其它物理參數(shù)，例如測量管和/或介質(zhì)的瞬時溫度。為了校準測量值變送器10，通常令具有變化但已知的流動參數(shù)的兩種或多種不同的兩相或多相介質(zhì)連續(xù)流經(jīng)測量變送器10，并且測量值變送器10的相應(yīng)反作用被測量，其中流動參數(shù)例如是校準介質(zhì)的各個介質(zhì)相的已知濃度、密度ρ、質(zhì)量流量m、粘度η和/或溫度，反作用例如是瞬時激勵電流iexc，瞬時橫向振蕩激勵頻率fexcL和/或瞬時扭轉(zhuǎn)振蕩激勵頻率fexcT。測量變送器10的設(shè)置的流動參數(shù)以及測量的操作參數(shù)的各個測量反作用合適地彼此匹配，并且因而反映了相應(yīng)的校準常數(shù)。例如，為了在對于已知粘度的兩種校準介質(zhì)的校準測量的情況中確定常數(shù)，保持得盡可能恒定的粘度以及以不同但是不變的方式形成的非均勻性形成確定的中間值X’x或確定的測量值Xx與在已知空氣比率時的當前實際值的比例X’x/x和/或Xx/x。例如，第一校準介質(zhì)可以是混雜有氣泡的流動水或者油，第二校準介質(zhì)可以是盡可能均勻的水或油。于是，確定的校準常數(shù)可以例如以數(shù)字形式存儲在測量儀表電子器件的表存儲器中；然而，它們也可以用作對于相應(yīng)計算電路的模擬設(shè)置值。這里應(yīng)當注意，所述類型的測量變送器的校準是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，或者至少可以基于上述解釋理解而無需進一步解釋的。具有優(yōu)點的，為了確定橫向電流測量值XiexcL和/或扭轉(zhuǎn)電流測量值XiexcT，可以使用已經(jīng)提到的橫向振蕩幅度設(shè)置信號yAML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩幅度設(shè)置信號yAMT，因為它們對于校正足夠精確地代表了激勵電流iexc或其分量iexcL、iexcT。
于是，在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，對于已經(jīng)多次提到的情況，即，待檢測的測量變量x對應(yīng)于粘度或流動性并且相應(yīng)的測量值Xx用作粘度測量值，開始測量值X’x由激勵裝置40基于驅(qū)動測量管至少部分扭轉(zhuǎn)振蕩的激勵電流iexc確定，特別是基于用于維持測量管扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)電流分量iexcT確定。考慮已經(jīng)在US-A 45 24 610中說明的以下關(guān)系η~iexcT,---(9)]]>根據(jù)它，已經(jīng)減少了上述扭轉(zhuǎn)無載電流測量值KiexcT的扭轉(zhuǎn)電流分量iexcT至少在恒定密度ρ且大體是均勻介質(zhì)的情況中很好地與實際粘度η的平方根相關(guān)聯(lián)，相應(yīng)地，對于確定開始測量值X’x，首先在測量儀表電子器件內(nèi)部，從由激勵電流iexc減去扭轉(zhuǎn)無載電流測量值KiexcT得到的扭轉(zhuǎn)電流測量值XiexcT，形成平方值XΔiexcT2?？紤]到這一點，正如在US-A 45 24 610中解釋的，電流的平方確實提供了有關(guān)密度和粘度之積的信息，當以前述方式確定開始測量值X’x時還要考慮例如預先同樣利用在線測量儀表確定的實際密度。
在本發(fā)明的另一實施例中，扭轉(zhuǎn)電流測量值XiexcT的平方XiexcT2被相對于幅度測量值XsT規(guī)格化，以利用簡單的數(shù)值除法形成開始測量值Xη，其中所述幅度測量值瞬時代表在扭轉(zhuǎn)振蕩的測量管的情況中振蕩測量信號s1、s2中至少一個的依賴于操作的可能是變化的信號幅度。于是，還發(fā)現(xiàn)，對于使用這種振動型測量變送器的這種粘度測量儀表，并且特別是這種粘度測量儀表具有恒定調(diào)節(jié)的振蕩幅度和/或同時激勵橫向及扭轉(zhuǎn)振蕩，激勵電流iexc與在介質(zhì)中引起內(nèi)部摩擦及摩擦力的實際上不能直接測得的運動速度θ的比率iexc/θ是對于上述提到的對抗測量管10形變的衰減的更為精確的近似。于是，為了進一步增加測量值Xx的精度，特別是還為了減少它對于在操作期間可能發(fā)生的振動的測量管10的波動的振蕩幅度的敏感度，進一步提出，為了確定開始測量值X’x，首先將扭轉(zhuǎn)電流測量值XiexcT相對于幅度測量值XsT進行規(guī)格化，后者以足夠的精度代表上述速度θ。換句話說，使用下面的公式形成規(guī)格化的扭轉(zhuǎn)電流測量值X′iexcTX′iexcT=XiexcTXsT---(10)]]>幅度測量值Xs1優(yōu)選地是利用測量儀表電子器件50例如利用內(nèi)部幅度測量電路，基于認識到在介質(zhì)中引起粘性摩擦運動在很大程度上與傳感器51檢測的或傳感器52本地檢測的振動的測量管10的運動相對應(yīng)，而由至少一個可能已經(jīng)數(shù)字化的傳感器信號s1得到的。這里應(yīng)當再次注意，傳感器信號s1優(yōu)選地與振動的測量管10的特別是橫向偏移速度成比例；然而，傳感器信號s1還可以與作用于振動測量管的加速度或振動傳感器10經(jīng)過的路程成比例。對于傳感器信號s1以上面的方式與速度成比例的情況，在確定開始測量值時當然要考慮到它。
上面給出的由等式(1)～(10)表示的函數(shù)用于得到測量值Xx，它們至少可以部分利用信號處理器DSP或利用上述微計算機55實現(xiàn)。相應(yīng)算法與前述等式相對應(yīng)或者仿真振幅調(diào)節(jié)電路51或頻率調(diào)節(jié)電路52的功能并將它們翻譯為這種信號處理器中可執(zhí)行的程序代碼，這些算法的創(chuàng)建及實施對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟悉的并且因而至少在了解本發(fā)明時無需多做具體解釋。當然，前述等式也可以容易地在測量儀表電子器件50中利用相應(yīng)的離散構(gòu)造的模擬和/或數(shù)字計算電路完全或部分代表。
在本發(fā)明的進一步發(fā)展中，為了確定瞬時的合適的校正值XK，在操作期間基本上這樣從中間值X1、X2直接確定，即，在測量儀表電子器件中映射特別是編程在兩個中間值X1、X2的當前狀況和與其匹配的校正值XK之間的唯一關(guān)系。為此，測量儀表電子器件2還具有表存儲器，其中預先存儲了數(shù)據(jù)集，其例如為在校準科里奧利質(zhì)量流量測量儀表期間確定的數(shù)字校正值XK，i。這些校正值XK，i由測量電路經(jīng)由利用瞬時有效的中間值X1、X2確定的存儲器地址而直接訪問。校正值XK可以例如以簡單的方式這樣確定將瞬時確定的中間值X1、X2的結(jié)合(例如，上面提到的衰減差)與相應(yīng)的輸入表存儲器的對于該結(jié)合的默認值比較，由此讀出校正值XK，i并由分析電子器件2用于進一步計算，該校正值對應(yīng)于最靠近瞬時狀況的默認值?？删幊讨蛔x存儲器，例如FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、EPROM或EEPROM可以用作表存儲器。這種表存儲器的使用具有以下優(yōu)點對于運行時間，校正值XK在計算出中間值X1、X2之后可被迅速得到使用。另外，輸入表存儲器的校正值XK，i可以預先被基于很少的校準測量而非常精確地確定，例如基于等式(2)、(3)和/或(4)并且利用最小二乘方方法。
正如基于以上實施例可以清楚看出的，可以使用更少的可非常簡單地確定的校正因子執(zhí)行開始測量值X′x的校正。另一方面，可以使用兩個中間值X1、X2執(zhí)行校正，與現(xiàn)有技術(shù)中提到的復雜得多的計算方法相比，這樣的計算負擔較小。本發(fā)明的另一個優(yōu)點在于，至少一些前面提到的校正因子可以毫無困難地從利用傳統(tǒng)科里奧利質(zhì)量流量測量儀表確定的流量參數(shù)中得到，這些參數(shù)特別是測量的密度和/或測量的質(zhì)量流量和/或在科里奧利質(zhì)量流量測量儀表操作中通常直接測量的操作參數(shù)，特別是測量的振蕩幅度、振蕩頻率和/或其激勵電流，并且因而實際上在電路和測量方面的花費沒有顯著提高。
權(quán)利要求
1.在線測量儀表，特別是科里奧利質(zhì)量流量/密度測量儀表和/或粘度測量儀表，用于測量管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)的至少一個物理測量變量x，特別是質(zhì)量流量m、密度ρ和/或粘度η，該在線測量儀表包括振動型測量變送器(1)和與該測量變送器電耦合的測量儀表電子器件(2)，其中測量變送器(1)具有至少一個測量管(10)，其插入管道，特別是基本為直的并且用于引導待測介質(zhì)，該測量管與連接的管道相通；作用于測量管(10)的激勵裝置(40)，用于使至少一個測量管(10)振動，激勵裝置令測量管(10)在操作期間至少間斷地和/或至少部分地橫向振蕩，特別是彎曲振蕩，并且激勵裝置令測量管(10)在操作期間至少間斷地和/或至少部分地執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振蕩，特別是與橫向振蕩交替的或者與其在時間上疊加的扭轉(zhuǎn)振蕩，該扭轉(zhuǎn)振蕩圍繞與測量管(10)基本對齊的特別是作為測量管(10)的慣性主軸構(gòu)成的測量管縱軸；以及傳感器裝置(50)，用于檢測至少一個測量管(10)的振動，其發(fā)送至少一個代表測量管(10)的振蕩的振蕩測量信號(s1，s2)，其中，測量儀表電子器件(2)至少間斷地發(fā)送驅(qū)動激勵裝置(40)的激勵電流(iexc)，測量儀表電子器件(2)還確定第一中間值(X1)和第二中間值(X2)，第一中間值對應(yīng)于激勵電流(iexc)的用于維持測量管(10)橫向振蕩的橫向電流分量(iexcL)和/或?qū)?yīng)于測量管(10)的橫向振蕩衰減；第二中間值對應(yīng)于激勵電流(iexc)的用于維持測量管(10)扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)電流分量(iexcT)和/或?qū)?yīng)于測量管(10)的扭轉(zhuǎn)振蕩衰減，并且測量儀表電子器件(2)利用至少一個振蕩測量信號(s1，s2)和/或利用激勵電流(iexc)并且使用第一及第二中間值(X1，X2)，至少間斷地生成至少一個測量值(Xx)，其代表至少一個待測物理測量變量，特別是介質(zhì)的質(zhì)量流量m、密度ρ或粘度η。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線測量儀表，其中，測量儀表電子器件(2)確定由至少一個振蕩測量信號(s1，s2)得到的和/或由激勵電流(iexc)得到的開始測量值(X’x)，其至少近似地對應(yīng)于至少一個待測測量變量，并且基于第一和第二中間值(X1，X2)確定對于開始測量值(X’x)的校正值(XK)，并且測量儀表電子器件(2)利用開始測量值(X’x)和校正值(XK)生成測量值(Xx)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的在線測量儀表，其中，由激勵裝置(40)驅(qū)動的測量管(10)執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振蕩，測量管扭轉(zhuǎn)振蕩頻率與測量管彎曲振蕩頻率不同，由激勵裝置(40)驅(qū)動的測量管(10)以該彎曲振蕩頻率執(zhí)行橫向振蕩。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的在線測量儀表，其中，測量管(10)與連接的管道通過通入入口端(11#)的入口管段(11)和通入出口端(12#)的出口管段(12)相通，并且測量變送器包括固定在測量管(10)的入口端(11#)和出口端(12#)且特別是也與激勵裝置機械耦合的反振蕩器(20)，其在操作期間至少間斷地特別是與測量管(10)反相地振動。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的在線測量儀表，其中，測量儀表電子器件(2)基于第一中間值(X1)與第二中間值(X2)的比較和/或基于在第一中間值(X1)和第二中間值(X2)之間存在的差，確定校正值(XK)。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的在線測量儀表，其中，測量儀表電子器件(2)還使用至少一個振蕩測量信號(s1，s2)生成第一和/或第二中間值(X1，X2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的在線測量儀表，其中，至少一個測量值(Xx)代表測量管(10)中流動的介質(zhì)的粘度η，并且測量儀表電子器件(2)還基于驅(qū)動激勵裝置(40)的激勵電流(iexc)和/或激勵電流的一個分量(iexcL，iexcT)確定開始測量值(X’x)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的在線測量儀表，其中，至少一個測量值(Xx)代表測量管(10)中流動的介質(zhì)的密度ρ，并且測量儀表電子器件使用至少一個振蕩測量信號(s1，s2)和/或激勵電流(iexc)以這樣的方式確定開始測量值(X’x)，使得其對應(yīng)于待測密度ρ和/或至少一個振蕩測量信號(s1，s2)的振蕩頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的在線測量儀表，其中，測量儀表電子器件(2)基于第一和第二中間值(X1，X2)至少間斷地確定濃度測量值(XC)，其在測量管(10)中的兩相或多相介質(zhì)的情況中代表一個介質(zhì)相的特別是相對的體積和/或質(zhì)量比率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的在線測量儀表，其中，傳感器裝置(50)發(fā)送至少一個第一振蕩測量信號(s1)以及至少一個第二振蕩測量信號(s2)，所述第一振蕩測量信號至少部分地代表測量管(10)的入口側(cè)橫向振蕩，特別是彎曲振蕩，所述第二振蕩測量信號至少部分地代表測量管(10)的出口側(cè)橫向振蕩，特別是彎曲振蕩。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的在線測量儀表，其中，至少一個測量值(Xx)代表測量管(10)中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流量m，并且測量儀表電子器件以這種方式使用兩個振蕩測量信號(s1，s2)確定開始測量值(X’x)，使得其對應(yīng)于待測質(zhì)量流量m和/或兩個振蕩測量信號(s1，s2)之間的相位差Δφ。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的在線測量儀表的使用，用于測量管道中流動的兩相或多相介質(zhì)，特別是液—氣混合物的物理測量變量，特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度。
13.利用在線測量儀表測量管道中流動的特別是兩相或多相介質(zhì)的物理測量變量的方法，該物理變量特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度，該在線測量儀表具有振動型測量變送器(1)，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量儀表，還具有與測量變送器(1)電耦合的測量儀表電子器件(2)，該方法包括以下步驟令待測介質(zhì)流經(jīng)測量變送器(1)的至少一個與管道相通的測量管(10)，并將激勵電流(iexc)饋送入與引導介質(zhì)的測量管(10)機械耦合的激勵裝置(40)，以令測量管(10)機械振蕩；引起測量管(10)的橫向振蕩，特別是彎曲振蕩，并且引起測量管(10)的特別是疊加在橫向振蕩上的扭轉(zhuǎn)振蕩；檢測測量管(10)的振動并生成至少一個代表測量管(10)的振蕩的振蕩測量信號(s1，s2)；確定由激勵電流(iexc)得到的第一中間值(X1)，其對應(yīng)于激勵電流(iexc)的用于維持測量管(10)橫向振蕩的橫向電流分量(iexcL)和/或?qū)?yīng)于測量管(10)的橫向振蕩衰減；確定由激勵電流(iexc)得到的第二中間值(X2)，其對應(yīng)于激勵電流(iexc)的用于維持測量管(10)扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)電流分量(iexcT)和/或?qū)?yīng)于測量管(10)的扭轉(zhuǎn)振蕩衰減；以及利用至少一個振蕩測量信號(s1，s2)和/或利用激勵電流(iexc)以及第一及第二中間值(X1，X2)，生成代表待測物理測量變量x的測量值(Xx)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，生成測量值(Xx)的步驟進一步包括步驟使用至少一個振蕩測量信號(s1，s2)和/或激勵電流(iexc)，得到至少近似對應(yīng)于待測物理測量變量x的開始測量值(X’x)；利用第一和第二中間值(X1，X2)，生成對于開始值(X’x)的校正值(XK)；以及利用校正值(XK)校正開始測量值(X’x)，以生成測量值(Xx)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，生成對于開始測量值(X’x)的校正值(XK)的步驟進一步包括步驟比較第一中間值(X1)和第二中間值(X2)，以確定在兩個中間值(X1，X2)之間存在的差；以及考慮在兩個中間值(X1，X2)之間存在的差，確定濃度測量值(XC)，其在測量管中的兩相或多相介質(zhì)的情況中代表一個介質(zhì)相的特別是相對的體積和/或質(zhì)量比率。
全文摘要
在線測量儀表，包括振動型測量變送器，該測量變送器具有至少一個在操作期間由待測介質(zhì)流過的測量管。激勵裝置令測量管至少間斷地和/或至少部分地橫向振蕩，并且至少間斷地和/或至少部分地圍繞虛擬的測量管縱軸扭轉(zhuǎn)振蕩，該扭轉(zhuǎn)振蕩與橫向振蕩交替或在時間上疊加。在線測量儀表還包括傳感器裝置，用于產(chǎn)生相應(yīng)地代表測量管的振蕩的振蕩測量信號。受激勵裝置控制的測量儀表電子器件利用至少一個振蕩測量信號和/或利用激勵電流，至少部分地生成至少一個測量值，其代表介質(zhì)的至少一個待測物理測量變量，例如質(zhì)量流量、密度或粘度。此外，測量儀表電子器件還確定第一中間值和第二中間值，第一中間值對應(yīng)于激勵電流的用于維持測量管橫向振蕩的橫向電流分量和/或?qū)?yīng)于測量管的橫向振蕩衰減，第二中間值對應(yīng)于激勵電流的用于維持測量管扭轉(zhuǎn)振蕩的扭轉(zhuǎn)電流分量和/或?qū)?yīng)于測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩衰減。為了高測量精度地生成測量值，還考慮確定兩個中間值。這樣得到的測量值在兩相或多相介質(zhì)的情況中也具有非常高的精確度。
文檔編號G01F25/00GK1934426SQ200580008698
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者阿爾弗雷德·里德, 邁克爾·富克斯, 沃爾夫?qū)さ吕漳? 伊布·伊京, 漢斯-約爾格·斯普里希, 薩穆爾·維斯 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司