專利名稱：在線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有振動式測量傳感器的在線測量裝置，特別是 科里奧利質(zhì)量流量測量裝置/密度測量裝置，用于在管路中流動的特別 是兩個或者多個相位的介質(zhì)，以及用于借助這種測量傳感器生成表示 介質(zhì)的物理測量量(例如介質(zhì)的質(zhì)量流量、密度和/或粘度)的測量值 的方法。
背景技術(shù)：
在過程測量技術(shù)和自動化技術(shù)中針對在管路中流動的介質(zhì)的物理 量(例如質(zhì)量流量、密度和/或粘度)的測量，經(jīng)常采用在線測量裝置， 特別是科里奧利質(zhì)量流量測量裝置，其借助在運行中被介質(zhì)流經(jīng)的振 動式測量傳感器以及連接于其上的測量電路和運行電路，引發(fā)在該介 質(zhì)中的反應(yīng)力，例如與質(zhì)量流量相關(guān)的科里奧利力、與密度相關(guān)的慣 性力或者與粘度相關(guān)的摩擦力等，并且從它們推導(dǎo)得出代表該介質(zhì)的 相應(yīng)的質(zhì)量流量、相應(yīng)的粘度和/或相應(yīng)的密度的測量信號。這樣一種 具有振動式測量傳感器的在線測量裝置連同其作用方式對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說是公知的，并且例如在下述專利中被詳細描述過了 WO-A 05/040734、 WO-A 05/040733、 WO-A 03/095950、 WO-A 03/095949、 WO-A 03/076880、 WO-A 02/37063、 WO-A 01/33174、 WO-A 00/57141、 WO-A 99/39164、 WO-A 98/07009、 WO-A 95/16897、 WO-A 88/03261、 US-A 2004/ 0200268、 US-A 2003/0208325、 US-B 68 89 561、 US-B 68 40 109、US-B 66 91 583、US-B 66 51 513、US-B 65 13 393、US-B 65 05 519、 US-A60 06 609、 US-A 58 69 770、 US-A 57 96 011、 US-A 56 16 868、 US-A 56 02 346、 US-A 56 02 345、 US-A 55 31 126、 US-A 53 01 557、 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 80 974、 US-A 46 60 421、 US-A45 24 610、US-A 44 91 025、US-A 41 87 721、EP-A 1 291 639、EP-A 1 281 938、EP-A 1 001 254或EP-A 553 939。
為了引導(dǎo)介質(zhì)，測量傳感器分別包括至少一個在例如管形或箱形 的支承架上固定的測量管，該測量管具有直線的管段，為了在運行中 (由電磁激勵系統(tǒng)驅(qū)動)生成前述反應(yīng)力，該測量管在主要使用模式 中實用地被允許單頻率地振動。為了檢測特別是在輸入側(cè)和輸出側(cè)的 該管段的振動，該測量傳感器還包括根據(jù)管段的運動而受激勵的物理 電子傳感器系統(tǒng)。
在科里奧利質(zhì)量流量測量裝置中，在管路中流動的介質(zhì)的質(zhì)量流 量的測量例如基于下述情況所述介質(zhì)流過在該管路中插入的、并且 在運行中再使用模式下側(cè)向于測量管軸線振蕩的測量管，由此在該介 質(zhì)中感生出科里奧利力。這還將引發(fā)在測量管的輸入側(cè)和輸出側(cè)區(qū)域 相互相位平移的振蕩。這種相位平移的尺度被作為質(zhì)量流量的大小。 測量管的振蕩因而借助所述傳感器系統(tǒng)的兩個沿著該測量管相互間隔 地布置的振蕩傳感器被檢測，并且被轉(zhuǎn)換為振蕩測量信號，質(zhì)量流量 被從它們的相互的相位平移中推導(dǎo)出來。在開始部分參引的US-A41 87 721還提到借助這種在線測量裝置還可以檢測流動的介質(zhì)的瞬時密 度，更具體的說，是根據(jù)至少一個從傳感器系統(tǒng)給出的振蕩測量信號。 此外大多數(shù)情況下以合適的方式直接測量介質(zhì)的溫度，例如借助布置 在測量管上的溫度傳感器。另外已知的是，直線的測量管還可以圍繞 基本與測量管縱軸線平行布置的或者重合的扭轉(zhuǎn)振蕩軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)振 蕩，即在流經(jīng)過的介質(zhì)中生成徑向的剪切力，由此對于扭轉(zhuǎn)振蕩來說 振蕩能量明顯地被帶走了并在介質(zhì)中消失。其結(jié)果是，振蕩的測量管 的扭轉(zhuǎn)振蕩的顯著的衰減，為了正確保持該振蕩因此附加地必須提供 給該測量管以電子激勵功率。從測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩的正確保持所必須 的電子激勵功率來推導(dǎo)，就可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式借助測 量傳感器至少接近的方式確定該介質(zhì)的粘度，為此特別對比US-A 45 24 610、 US-A 52 53 533、 US-A 60 06 609或US-B 66 51 513。所描述類型的在線測量裝置的問題首先是測量傳感器的振蕩特 性以及由測量管的振蕩推導(dǎo)得到的振蕩測量信號，不僅僅取決于介質(zhì) 的主要物理測量量(例如質(zhì)量流量、密度和/或粘度等)，并且根據(jù)運 行狀況的變化，而且還在很大程度上也取決于同樣變化的次要參數(shù)(例 如測量裝置特定的參數(shù)或者反映環(huán)境條件和安裝條件的參數(shù))。作為 這種變化的次要參數(shù)的代表性的示例的是，在測量傳感器內(nèi)制造用的 材料的彈性系數(shù)和剪切彈性系數(shù)以及至少一個測量管的幾何形狀。這 些次要參數(shù)的變化即可以是可逆的，例如在溫度條件下的彈性變形， 也可以是基本不可逆的。令人高興的是，這些次要參數(shù)的大部分或者 至少其變化引發(fā)的在測量運行中的影響量能夠被附加地檢測到，并且 就這方面來說這些設(shè)備參數(shù)和/或安裝參數(shù)的改變的對于測量精度的影
響被盡可能地補償了 。例如在US-B 65 12 987、 US-A 47 68 384和EP-A 578 U3所建議的，這可以一方面通過附加地應(yīng)用在在線測量裝置內(nèi)布 置的傳感器，如溫度傳感器、伸長測量帶、加速度傳感器、壓力傳感 器等來實現(xiàn)，并且另一方面根據(jù)振蕩測量信號自身實現(xiàn)。
基于振蕩測量信號的補償方法的原理的核心是，除了引發(fā)前述的 反應(yīng)力的主要使用模式之外，另外的、大多數(shù)僅作為次要的輔助模式 的振蕩模式被大多更高的振蕩頻率激勵。例如在WO-A 05/040734、 US-B 68 89 561、 US-B 65 57 422、 US-A 59 07 104、 US-A 58 31 178、 US-A 57 73 727、 US-A 57 28 952和US-A 46 80 974中分別示出用于測量 在管路中被引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個物理測量量的在線測量裝置，所述 在線測量裝置包括振動式測量傳感器以及與該測量傳感器電聯(lián)接的測 量裝置電子設(shè)備，
一其中所述測量傳感器包括
—至少一個引導(dǎo)待測介質(zhì)的測量管，所述測量管與所連接的管 路連通，
一作用到所述測量管使得所述至少一個測量管振動的激勵系
統(tǒng)，—所述激勵系統(tǒng)使得所述測量管在運行中至少暫時和/或至少部 分地圍繞假想的側(cè)向振蕩軸以第一振蕩頻率處于第一側(cè)向振蕩中，并 且
一所述激勵系統(tǒng)使得所述測量管在運行中至少暫時和/或至少部 分地圍繞假想的側(cè)向振蕩軸以與所述第一振蕩頻率不同的第二振蕩頻 率處于第二側(cè)向振蕩中，并且
一用于檢測所述測量管的振動的傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)輸 出代表該測量管振蕩的振蕩測量信號，
- 其中，所述測量裝置電子設(shè)備至少暫時地輸出驅(qū)動激勵系統(tǒng) 的激勵信號，并且
- 其中，所述測量裝置電子設(shè)備借助所述振蕩測量信號和/或借
助所述激勵信號至少暫時地生成至少一個測量值，該測量值代表該介質(zhì) 的至少一個待測量的物理測量量。
根據(jù)該振蕩測量信號，該測量裝置電子設(shè)備反復(fù)地確定該測量管 的側(cè)向振蕩的振蕩頻率，并且基于此測定和/或監(jiān)視在線測量裝置的至 少一個設(shè)備參數(shù)和/或安裝參數(shù)或者探測至少一個不允許的高測量誤差。
如其中在WO-A 05/040734所述，在測量管壁的內(nèi)側(cè)上的覆蓋物的 形成(例如由于沉積、黏附等)，假如該覆蓋物形成沒有在測定測量 值時被關(guān)注，那么將很大程度地消極影響該在線測量裝置的測量精度。 實驗至今表明，基于多個側(cè)向振蕩盡可能早地探測在測量管上的覆蓋 物是極為困難的。這特別是因為一方面覆蓋物的密度當然大約處于介 質(zhì)的密度范圍內(nèi)，并且另一方面該覆蓋物對側(cè)向振蕩的影響與待測介 質(zhì)對側(cè)向振蕩的影響一般是類似的。因此，形成的覆蓋物表現(xiàn)出基本 與介質(zhì)的物理特性的根據(jù)運行的變化(特別是其密度和/或粘度的變化) 相同的對側(cè)向振蕩的效果。
此外還可能出現(xiàn)這種情況，即不僅在線測量裝置的至少一個測量管被這種覆蓋物覆蓋，而且特別是連接到該在線測量裝置的管路部分 也被覆蓋。這可能引發(fā)這樣的情況，即其它的在線測量裝置和/或其輸 入路徑也遇到了覆蓋物形成，而這無法通過相應(yīng)的自我確認在受到影 響的測量裝置側(cè)直接地識別出來。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)因而在于，給出一種具有振動式測量傳感器的在線 測量裝置，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量裝置/密度測量裝置和/或粘度 測量裝置，其一方面適合于特別精確地測量待測量的物理測量量，特 別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度，并且其另一方面能夠至少在超過最小 覆蓋物厚度時探測在測量管上形成的覆蓋物。本發(fā)明的另一個任務(wù)在 于，給出一種合適的方法，其根據(jù)所描述類型的普通測量傳感器生成 的振蕩信號，能夠可靠地探測和/或足夠精確地測量在測量管上形成的 覆蓋物。本發(fā)明的另一個任務(wù)在于，監(jiān)測可能會在接觸介質(zhì)的管壁， 特別是連接到測量傳感器的管路上出現(xiàn)的覆蓋物沉積。
為此本發(fā)明在于把在線測量裝置構(gòu)造為例如科里奧利質(zhì)量流量測 量裝置/密度測量裝置和/或粘度測量裝置，用于測量在管路中被引導(dǎo)的 介質(zhì)的至少一個物理測量量X，例如質(zhì)量流量m、密度y0和/或粘度) 。所 述在線測量裝置具有振動式測量傳感器以及與該測量傳感器電聯(lián)接的 測量裝置電子設(shè)備。該測量傳感器包括至少一個用于引導(dǎo)待測介質(zhì) 的基本直線式的測量管，所述測量管與所連接的管路連通；作用到所 述測量管使得所述至少一個測量管振動的激勵系統(tǒng)，所述激勵系統(tǒng)使 得所述測量管在運行中至少暫時和/或至少部分地圍繞假想地相互連接 所述測量管的輸入端和所述測量管的輸出端的扭轉(zhuǎn)振蕩軸地扭轉(zhuǎn)振 蕩；以及用于檢測所述至少一個測量管的振動的傳感器系統(tǒng)，所述傳 感器系統(tǒng)給出代表所述測量管的至少一個振蕩的振蕩測量信號。所述 測量裝置電子設(shè)備其至少暫時地給出驅(qū)動所述激勵系統(tǒng)的激勵信號， 并且借助至少一個振蕩測量信號和/或借助激勵信號至少暫時地生成至 少一個測量值，所述至少一個測量值表示所述介質(zhì)的至少一個待測量的物理測量量，例如所述質(zhì)量流量、所述密度或者所述粘度。此外所 述測量裝置電子設(shè)備根據(jù)所述至少一個振蕩測量信號和/或根據(jù)所述激 勵信號反復(fù)地測定所述測量管的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率，并且基于 所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率監(jiān)視所述至少一個測量管的至少一個運行狀 態(tài)。
此外本發(fā)明還在于一種用于監(jiān)視管壁的運行狀態(tài)的方法，所述管 壁由至少暫時地流過的介質(zhì)接觸并且因此至少節(jié)段式地經(jīng)受了改變， 借助具有振動式傳感器的在線測量裝置(例如被構(gòu)造為科里奧利質(zhì)量 流量測量裝置)和與該測量傳感器電聯(lián)接的測量裝置電子設(shè)備。該方 法特別包括讓介質(zhì)流過至少一個測量傳感器的測量管的步驟，所述 測量管與連接到所述測量傳感器的、引導(dǎo)所述介質(zhì)的管路連通；把激 勵信號供給到與所述測量管機械地聯(lián)接的激勵系統(tǒng)，以便使得所述測 量管圍繞假想地相互連接所述測量管的輸入端和所述測量管的輸出端 的扭轉(zhuǎn)振蕩軸而扭轉(zhuǎn)振蕩的步驟；檢測測量管的振動以生成至少部分 地表示所述測量管的至少一個扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩測量信號的步驟；以及 使用所述至少一個振蕩測量信號和/或激勵信號以測定所述測量管的扭 轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率的步驟。此外，該方法還包括基于所測到的扭轉(zhuǎn) 振蕩的振蕩頻率而生成表示該管壁的運行狀態(tài)的狀態(tài)值的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第一實施方式規(guī)定所述測量裝置 電子設(shè)備基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率至少探測在所述測 量管上形成的覆蓋物的存在，和/或所述測量裝置電子設(shè)備基于所述測 得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率探測在所述測量管上形成的覆蓋物的程 度。
根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第二實施方式其中，所述測量裝置 電子設(shè)備基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率測定至少一個第一 類狀態(tài)值，所述第一類狀態(tài)值至少把在所述測量管上形成的覆蓋物的 存在信號化。根據(jù)本發(fā)明該實施方式的改進方式，由所述測量裝置電子設(shè)備測得的所述第一類狀態(tài)值表示在所述測量管上形成的覆蓋物的 程度，特別是所述覆蓋物的厚度或所述覆蓋物的質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明該 實施方式另一個改進方式還規(guī)定，所述測量裝置電子設(shè)備至少也參考 所述介質(zhì)的密度和/或所述介質(zhì)的粘度來測定所述第一類狀態(tài)值。
根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第三實施方式規(guī)定所述測量裝置 電子設(shè)備基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率探測在測量管上的 磨損。根據(jù)本發(fā)明的該實施方式的改進方式規(guī)定所述測量裝置電子 設(shè)備基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率測定在所述測量管上存 在的磨損的程度。
根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第四實施方式，其中，測量裝置電 子設(shè)備基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率測定至少一個第二類 狀態(tài)值，所述第二類狀態(tài)值至少把測量管的磨損的存在信號化。根據(jù) 本發(fā)明該實施方式的改進方式，由所述測量裝置電子設(shè)備測得的所述 第二類狀態(tài)值表示在所述測量管上存在的磨損的程度，特別是所述測 量管的管壁的當前壁厚相對于額定壁厚的減少程度。
根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第五實施方式，假想的扭轉(zhuǎn)振蕩軸 被校準為基本平行于測量管的慣性主軸，特別是假想的扭轉(zhuǎn)振蕩軸基 本與測量管的慣性主軸重合。根據(jù)本發(fā)明該實施方式的改進方式，所 述激勵系統(tǒng)使得所述測量管在運行中至少暫時地和/或至少部分地，圍 繞假想地相互連接測量管的輸入端和測量管的輸出端的側(cè)向振蕩軸 (特別是基本平行于所述扭轉(zhuǎn)振蕩軸校準的)處于側(cè)向振蕩中，特別 是處于彎曲振蕩中。在有利方式下，所述假想的側(cè)向振蕩軸和所述假 想的扭轉(zhuǎn)振蕩軸如此相互布置并校準，即它們基本相互重合。根據(jù)本 發(fā)明該實施方式的另一改進方式，所述激勵系統(tǒng)使得測量管在運行中
交替處于扭轉(zhuǎn)振蕩或者側(cè)向振蕩中，或者所述激勵系統(tǒng)使得測量管在 運行中至少暫時地同時處于扭轉(zhuǎn)振蕩和側(cè)向振蕩中，從而扭轉(zhuǎn)振蕩和 側(cè)向振蕩相互疊加。根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第六實施方式規(guī)定激勵系統(tǒng)使得 測量管在運行中至少暫時地和/或至少部分地、圍繞假想地相互連接測 量管的輸入端和測量管的輸出端的側(cè)向振蕩軸而處于側(cè)向振蕩中，特 別是處于彎曲振蕩中；并且所述測量裝置電子設(shè)備根據(jù)至少一個振蕩 測量信號和/或根據(jù)所述激勵信號反復(fù)地測定測量管的側(cè)向振蕩的振蕩 頻率。根據(jù)本發(fā)明該實施方式的改進方式，至少一個測量值是密度測
量值，所述密度測量值表示介質(zhì)的待測量的密度，并且其中，所述測 量裝置電子設(shè)備基于所測得側(cè)向振蕩的振蕩頻率生成至少一個測量 值。根據(jù)本發(fā)明該實施方式的另一改進方式，至少一個測量值是粘度 測量值，所述粘度測量值表示所述介質(zhì)的待測量的粘度。測量裝置電 子設(shè)備特別地基于測量管的振蕩的取決于介質(zhì)的衰減來測定至少一個
根據(jù)本發(fā)明的在線測量裝置的第七實施方式規(guī)定測量裝置電子 設(shè)備基于所述測得的扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率測定至少一個考慮到在所述 測量管上形成的覆蓋物的校準值，其中，測量裝置電子設(shè)備通過使用 所述至少一個校正值來生成至少一個測量值。
根據(jù)該方法的第一實施方式規(guī)定所述狀態(tài)值至少把所述管壁的 至少一段上的覆蓋物的存在信號化。
根據(jù)該方法的第二實施方式規(guī)定所述狀態(tài)值表示在所述管壁上 至少節(jié)段式地形成的覆蓋物的程度，特別是所述覆蓋物的厚度或者所 述覆蓋物的質(zhì)量。
根據(jù)該方法的第三實施方式規(guī)定所述狀態(tài)值至少把所述管壁的 至少一段上的磨損的存在信號化。
根據(jù)該方法的第四實施方式規(guī)定所述狀態(tài)值表示在管壁上至少節(jié)段式地存在的所述磨損的程度，特別是管壁的當前壁厚與額定壁厚 的相比的減少程度。
根據(jù)該方法的第五實施方式規(guī)定所述管壁的被監(jiān)視的節(jié)段至少 部分地延伸經(jīng)過所述測量管。
根據(jù)該方法的第六實施方式規(guī)定所述被監(jiān)視的管壁部分至少部 分地延伸經(jīng)過連接在所述測量傳感器上的管路。
本發(fā)明的基本思想在于，為了探測在測量管上形成的覆蓋物，特 別是為了補償由此引發(fā)的測量誤差，至少暫時地以這樣一種振蕩模式 驅(qū)動測量傳感器，在該振蕩模式中所述測量管至少部分地執(zhí)行扭轉(zhuǎn)振 蕩，因為這些扭轉(zhuǎn)振蕩可以在很大程度上是覆蓋物敏感的。根據(jù)至少 所述測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率，能夠以非常簡單的方式可靠地獲 得下述信息所述至少一個測量管是否被不希望出現(xiàn)的覆蓋物覆蓋。 本發(fā)明的另一個基本思想在于，借助所述描述類型的在線測量裝置(可 能也包含涉及到管路的、假定存在的運行經(jīng)驗)監(jiān)測所連接的管路的 上游段和/或下游段的運行狀態(tài)。
本發(fā)明還特別基于令人意想不到的認識，即這種測量管的自然扭 轉(zhuǎn)振蕩的固有頻率不僅很大程度被在管壁上形成的覆蓋物影響，而且 甚至以良好可重現(xiàn)的方式如此地與覆蓋物的變化相關(guān)聯(lián)，即該覆蓋 物能夠基于扭轉(zhuǎn)振蕩頻率至少考慮到其發(fā)揮效能的質(zhì)量而被測量；與 此相比而言，例如直線式測量管的側(cè)向振蕩的振蕩頻率以明顯較低的 程度地取決于在該測量管上形成的覆蓋物。借助粘度的變化而可能引 發(fā)的扭轉(zhuǎn)振蕩的固有頻率的很小的變化，能夠考慮到在運行中至少以 合適方式被測得的粘度毫無疑問地被補償。與此相似，可能出現(xiàn)的扭 轉(zhuǎn)振蕩頻率的固有頻率的密度關(guān)聯(lián)性，也能夠基于至少同樣被測定的 介質(zhì)密度和/或基于至少同樣被測量的側(cè)向振蕩的振蕩頻率而被校驗。 相同的是，在主要測量參數(shù)的變化的影響之外，開始部分提到的次要參數(shù)的變化引發(fā)的、針對扭轉(zhuǎn)振蕩的干擾影響，也能夠相應(yīng)地一同被 關(guān)注，例如通過溫度變化引起的軸應(yīng)力、彈性系數(shù)的變化和/或剪切彈 性系數(shù)的變化。
本發(fā)明優(yōu)點首先在于被激勵的扭轉(zhuǎn)振蕩也能用于非常準確地測
量在測量管內(nèi)引導(dǎo)的介質(zhì)的粘度，對比開始提到的US-A 45 24 610或 US-B 68 40 109。本發(fā)明的另一個優(yōu)點還在于，由于測量管的大多數(shù)很 大程度的相似性和所連接的管路，特別在其流動特性和/或材料特性方 面，根據(jù)該測量管的振蕩特性所探測的覆蓋物也能夠追溯到在該管路 內(nèi)的覆蓋物形成。
現(xiàn)在將結(jié)合在附圖中圖示的實施例進一步闡述本發(fā)明以及其具備 優(yōu)點的實施方式。在所有圖中相同的部分采用相同的附圖標記，如果 出于清楚的需要，則在后續(xù)圖中放棄已經(jīng)提及的附圖標記。
圖l示出了能夠被應(yīng)用到管路的在線測量裝置，其用于測量在該管 路內(nèi)引導(dǎo)的液體的質(zhì)量流量；
圖2以透視側(cè)視圖示出了適合于圖1的測量裝置的振動式測量傳感 器的實施例；
圖3以側(cè)剖面圖示出了圖2的測量傳感器；
圖4以第一橫截面示出了圖2的測量傳感器的；
圖5以第二橫截面示出了圖2的測量傳感器的；
圖6以框圖方式示意性地示出了適合于圖1的在線測量裝置的測量 裝置電子設(shè)備的構(gòu)造；以及
圖7圖示了借助根據(jù)圖1至7的在線測量裝置實驗性地測得的測量數(shù)據(jù)。
具體實施例方式
圖l中透視地示出特別是多變量的在線測量裝置l，其特別適合于 檢測管道內(nèi)流動的介質(zhì)(在此出于清楚的原因未示出)的一個或多個物理測量量，例如質(zhì)量流量m，密度p和/或粘度i ，并且適合于給出瞬 時地表示這些測量量的測量值Xx，例如表示質(zhì)量流量m的質(zhì)量流量測量 值X吣表示密度/ 的密度測量值Xp和/或表示粘度w的粘度測量值X,。在 此，介質(zhì)在實踐中可以是任何可流動的物質(zhì)，例如液體、氣體、蒸汽 或類似物。
例如被構(gòu)造為科里奧利質(zhì)量流量測量計/密度測量計和/或粘度測 量計的在線測量裝置l為此包括在運行中被待測介質(zhì)流經(jīng)的振動式測 量傳感器IO，在圖2至圖5中示出它的實施例和構(gòu)造，以及一種如圖l和 圖6示意性地示出的與測量傳感器10電連接的測量裝置電子設(shè)備50。優(yōu) 選地測量裝置電子設(shè)備50如此構(gòu)造，使得它在線測量裝置l運行期間能 夠與該在線測量裝置l上游的測量值處理單元(例如存儲器可編程控制 器(SPS)、個人電腦和/或工作站)通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(例如現(xiàn)場總線 系統(tǒng))來交換測量數(shù)據(jù)和/或其它運行數(shù)據(jù)。此外測量裝置電子設(shè)備50 如此構(gòu)造，使得它能夠從外部的能源供給，例如也通過之前所述的現(xiàn) 場總線系統(tǒng)，獲得供給。當振動式測量裝置被設(shè)計用于聯(lián)接到現(xiàn)場總 線系統(tǒng)或者其它通信系統(tǒng)時，所述特別是可編程的測量裝置電子設(shè)備 50具有相應(yīng)的用于數(shù)據(jù)通信的通信接口，例如用于發(fā)送測量數(shù)據(jù)到已 經(jīng)提到的存儲器可編程控制器或者上游的過程控制系統(tǒng)。為了安置測 量裝置電子設(shè)備50還設(shè)計了特別是從外側(cè)直接安裝在測量傳感器10上 的或者與其保持距離的電子設(shè)備殼體200。
正如已經(jīng)提及的，在線測量裝置包括在運行中被待測介質(zhì)流經(jīng)的 振動式測量傳感器，并且該振動式測量傳感器被用于在流經(jīng)過的介質(zhì) 中生成這樣的機械反應(yīng)力，特別是取決于質(zhì)量流量m的科里奧利力、取 決于介質(zhì)密度iO的慣性力和/或取決于介質(zhì)粘度) 的摩擦力，它們可測量 地、特別是可通過傳感器檢測地反作用到測量傳感器上。從這些描繪 介質(zhì)的反應(yīng)力推導(dǎo)，就能夠以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式測量例如介 質(zhì)的質(zhì)量流量m、密度p和/或粘度7/。圖2和圖3示意性地示出了作為振 動式的測量傳感器10的物理電子轉(zhuǎn)換器布置的實施例。這種類型的轉(zhuǎn)換器布置的機械構(gòu)造和運行方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，例如
在US-B 66 91 583、 WO-A 03/095949和WO-A 03/095950中有詳細描述。
為了引導(dǎo)介質(zhì)并且生成所述的反應(yīng)力，該測量傳感器包括至少一 個預(yù)給定的測量管流量測量計的、基本直線形的測量管IO，該測量管 IO在運行中至少暫時地被允許振動并且由此重復(fù)地彈性變形。測量管 腔的彈性變形在這里意味著，測量管腔的空間形狀和/或空間位置在測 量管10的彈性范圍內(nèi)以預(yù)給定的方式循環(huán)地、特別是周期性地改變， 對此比較US-A 48 01 897、 US國A 56 48 616、 US-A 57 96 011 、 US-A 60 06 609、 US-B 66 91 583、 WO-A 03/095949和/或WO-A 03/095950。這里 要指出，代替在實施例中示出的具有單獨的直線式的測量管的測量傳 感器，也可以從現(xiàn)有技術(shù)公知的多種振動式的測量傳感器中選擇用于 實現(xiàn)本發(fā)明的測量傳感器。例如具有兩個相互基本平行的直線式測量 管的振動式測量傳感器是特別適合的。
如圖2和圖3所示，測量傳感器1還具有包圍測量管10以及可能的 其它測量傳感器組件(參見后文)的測量傳感器殼體IOO，該測量傳感器 殼體100為其防止有害的周圍環(huán)境影響，和/或衰減測量傳感器的向外的 可能的聲音發(fā)射。此外，測量傳感器殼體100也用于保持包裹了測量裝 置電子設(shè)備50的電子設(shè)備殼體200。另外，測量傳感器殼體100還配備 有頸狀的過渡件，電子設(shè)備殼體200相應(yīng)地固定于其上，參見圖l。代 替這里所示的管狀的、與測量管共軸分布的轉(zhuǎn)換器殼體100當然也可以 使用其它合適的殼體形狀，例如盒狀結(jié)構(gòu)。
通常情況下，在輸入側(cè)和輸出側(cè)與待測的介質(zhì)輸入的或輸出的管 路連接的測量管10能夠振蕩地被懸掛于相當剛性的、特別是抗彎曲抗 扭曲的轉(zhuǎn)換器殼體100內(nèi)。為了使得介質(zhì)流經(jīng)，測量管10通過通入到輸 入端11#的輸入管件11以及通入到輸出端12#的輸出管件12連接到管 路。測量管IO、輸入和輸出管件ll、 12相互之間以及相對于上述的測 量管縱軸L盡可能地同心對準，并且以有利方式整件地實施，從而例如唯一的管狀半成品能夠用于它們的制造；但是如果需要，測量管10和 管件ll、 12也可以借助單獨的、后續(xù)組裝的(例如焊接的)半成品制 造。為了制造測量管lO以及輸入管件和輸出管件ll、 12，實踐中也可 以采用任何對于這種測量傳感器來說常用的材料，例如鐵合金、鈦合 金、鋅合金和/或鉭合金、塑料或者陶瓷。對于測量傳感器可松脫地安 裝在管路上的情況來說，輸入管件11和輸出管件12優(yōu)選分別形成第一 或第二法蘭13、 14;如果需要，輸入和輸出管件ll、 12也可以例如借 助焊接或者硬焊地直接與管路連接。此外測量傳感器還有在輸入和輸
出輸出管件ll、 12處固定的、容納了測量管10的轉(zhuǎn)換器殼體100 (對此 參見圖1和圖3)。
根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造方式，為了測量質(zhì)量流量m和/或密度p，測 量管10在一種被構(gòu)造為側(cè)向振蕩模式的振蕩利用模式中被激勵，其中， 至少部分地把振蕩，特別是彎曲振蕩側(cè)向于假想的測量管縱軸L地實 施，特別是這樣，即基本以自然的彎曲固有頻率振蕩的、根據(jù)自然 的第一固有振蕩方式側(cè)向地彎曲。對于介質(zhì)在連接的管路內(nèi)流動并且 由此質(zhì)量流量m不為零時，借助在第一振蕩利用模式中振動的測量管IO 在流經(jīng)的介質(zhì)中感生出科里奧利力。它再反作用到測量管IO，并且以 本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式、基本根據(jù)自然的第二固有振蕩方式導(dǎo)致 附加的、可傳感器檢測的、測量管10的變形，所述第二固有振蕩方式 與所述第一固有振蕩方式共面地疊加。在此，測量管10的變形的瞬時 的表現(xiàn)，特別是關(guān)于該變形的幅值，取決于瞬時的質(zhì)量流量m。具有兩 個振蕩腹部或者四個振蕩腹部的反對稱彎曲振蕩方式能夠作為第二固 有振蕩方式，即所謂的科里奧利模式(Coriolismode)，例如在這種測 量傳感器通常的那樣。因為測量管的這些側(cè)向振蕩模式的自然的固有 頻率已知在特定程度上也取決于介質(zhì)的密度p，因此也可以借助在線測 量裝置、在質(zhì)量流量m之外測量密度p。
根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造方式，為了在流動的介質(zhì)中生成與質(zhì)量流 量相關(guān)的科里奧利力和/或與密度相關(guān)的慣性力，測量管10至少暫時地以側(cè)向振蕩頻率fex化激勵，該振蕩頻率盡可能精確地對應(yīng)于測量管10的 最低自然彎曲固有頻率，從而側(cè)向振蕩的、然而沒有被液體流經(jīng)的測 量管IO，關(guān)于垂直于測量管縱軸L的中軸基本對稱地被彎曲，并且因此 具有唯一的振蕩腹部。這種最低的彎曲固有頻率例如在作為測量管IO
的優(yōu)質(zhì)鋼管情況下(其標稱管徑為20mm、壁厚1.2mm、長度為大約 350mm以及普通構(gòu)造方式)，是大約850 Hz到900 Hz。
除了側(cè)向振蕩之外，至少一個測量管IO，特別是也用于在流動介 質(zhì)中生成取決于粘度的剪切力，至少暫時地運行于扭轉(zhuǎn)振蕩模式中。 在該扭轉(zhuǎn)振蕩模式中，測量管被激勵，而圍繞基本與測量管縱軸L平行 地延伸的或者重合的扭轉(zhuǎn)振蕩軸地扭轉(zhuǎn)振蕩，亦即基本根據(jù)自然扭 轉(zhuǎn)振蕩方式圍繞其縱軸L扭轉(zhuǎn)，這里也參見例如US-A45 24 610、 US-A 52 53 533、 US-A 60 06 609或者EF-A 1 158 289。扭轉(zhuǎn)振蕩的激勵在這 里既可以交替地、以第一振蕩利用模式及與第一振蕩利用模式分開地 在第二振蕩利用模式中實施；或者也可以至少在相互可區(qū)分的振蕩頻 率下，同時以側(cè)向振蕩在第一振蕩利用模式中實施。換一種說法，該 測量傳感器至少暫時地運行于雙模式運行中，其中，至少一個測量管 10交換地和/或交替地以至少兩個相互基本不相關(guān)聯(lián)的振蕩模式，即側(cè)
向振蕩模式和扭轉(zhuǎn)振蕩模式而被振動。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造方式， 測量管IO，特別是同時以側(cè)向振蕩處于運行模式中地，以扭轉(zhuǎn)振蕩頻 率f^T被激勵，所述扭轉(zhuǎn)振蕩頻率盡可能精確地符合于測量管10的自然 扭轉(zhuǎn)固有頻率。最低的扭轉(zhuǎn)固有頻率例如在直線型測量管中，可以大 約處于最低的彎曲固有頻率的雙倍的范圍內(nèi)。
如所述，測量管ll的振蕩一方面通過振蕩能量的釋放，特別是釋 放到介質(zhì)中，而衰減。另一方面也可以由此從振動的測量管10抽出大
量的振蕩能量，即與該測量管10機械聯(lián)接的構(gòu)件(例如轉(zhuǎn)換器殼體
IOO或者連接的管路)同樣被激勵而振蕩。為了抑制或者避免振蕩能量 到周圍的可能的釋放，因此在測量傳感器內(nèi)還設(shè)計輸入側(cè)和輸出側(cè)固 定在測量管10上的反振器20。該反振器20能夠整件地被實施，如圖2示意性地示出。如果需要，那么該反振器20也可以由多部分組成或者借
助兩個分離的、輸入側(cè)或輸出側(cè)固定在測量管io上的部分反振器實現(xiàn)，
例在US-A 59 69 265、 EP-A 317 340或WO-A 00/14485所示。該反振器 20首先服務(wù)于針對至少一個預(yù)定的、例如在測量傳感器運行中最常出 現(xiàn)的或者重要的介質(zhì)密度而盡可能地動態(tài)地平衡測量傳感器，使得補 償在振動的測量管10中可能產(chǎn)生的橫向力和/或彎曲力矩(對此參閱 US-B 66 91 583)。此外，反振器20還用于當測量管10在運行中也被激 勵而扭轉(zhuǎn)振蕩時，產(chǎn)生盡可能地補償由優(yōu)選是圍繞其縱軸L扭轉(zhuǎn)的整體 的測量管10所生成的扭轉(zhuǎn)力矩的逆扭轉(zhuǎn)力矩，并進而使得測量傳感器 的周圍，特別是所連接的管路，盡量不受動態(tài)的扭轉(zhuǎn)力矩影響。如圖2 和3示意性所示的，該反振器20能夠管狀地實施，并且例如在輸入端11弁 和在輸出端12#這樣與測量管10連接，使得該反振器20 (如圖3所示) 基本同軸對準測量管IO。作為用于反振器20的材料，在實踐中通常使 用與可用于測量管10的材料相同的材料，例如優(yōu)質(zhì)鋼、鈦合金等。
特別是與測量管10相比具有較低扭轉(zhuǎn)彈性和/或彎曲彈性的反振 器20，能夠在運行中同樣振蕩，并且以與測量管10相比基本相同的頻 率，然而與測量管10相比相位不同，尤其是相反相位地振蕩。與此相 應(yīng)的是，反振器20以至少一個它的扭轉(zhuǎn)固有頻率、盡可能準確地確定 到各個扭轉(zhuǎn)固有頻率，在運行中主要以所述各個扭轉(zhuǎn)固有頻率來振蕩。 此外，該反振器20盡可能地將至少一個它的彎曲固有頻率設(shè)定為與至 少一個彎曲振蕩頻率相同，測量管IO (特別是在使用模式中)能夠以 該彎曲振蕩頻率振蕩；并且反振器20在測量傳感器的運行中也被激勵 而側(cè)向振蕩，特別是彎曲振蕩，所述側(cè)向振蕩與測量管10的側(cè)向振蕩 (特別是使用模式的彎曲振蕩)基本共面地形成。
根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造方式，如圖2和3示意性所示，設(shè)計包括在 反振器20中的槽201、 202，它們能夠以簡單方式精確地設(shè)定其扭轉(zhuǎn)固 有頻率，特別是通過降低反振器20的扭轉(zhuǎn)剛性的降低來降低扭轉(zhuǎn)固有 頻率。盡管在圖2或3中沿縱軸L方向示出了基本平均分布的槽201、 202，如果需要它們也可以隨意地沿縱軸L方向不均勻地布置。此外，反振器 的質(zhì)量分布也能夠借助相應(yīng)的離散的質(zhì)量補償體來校正，所述質(zhì)量補 償體固定在測量管10上。例如在測量管10上被推移的金屬環(huán)或者固定 于其上的金屬片能夠被用作為質(zhì)量補償體。
為了生成測量管10的機械振蕩，測量傳感器此外還包括特別是電 動力學式的激勵系統(tǒng)40，其與測量管聯(lián)接。激勵系統(tǒng)40用于把由測 量裝置電子設(shè)備以相應(yīng)的激勵信號的形式(例如借助被施加的激勵電 流i^和/或被調(diào)節(jié)的電壓)供給的電子的激勵功率P^轉(zhuǎn)換為例如以 脈沖形式或諧波形式作用到測量管10的、并使其彈性變形的激勵扭矩 Mexe和/或側(cè)向作用到測量管10的激勵力FeM。為了獲得盡可能高的效率 和盡可能高的信號/噪聲比，激勵功率P^盡可能精確地如此設(shè)定，即在 使用模式中主要維持測量管10的振蕩，亦即，盡可能精確地維持在被 介質(zhì)流經(jīng)的測量管的瞬時固有頻率或者在多個這種固有頻率上。在此， 如圖4所示，激勵力F^和激勵扭矩M^能夠分別雙向地或者也可以是全 向地形成，并且能夠通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式，例如借助電流 和/或電壓控制電路、關(guān)于其幅值進行調(diào)整，以及例如借助相位控制回 路、關(guān)于其頻率進行調(diào)整。正如對于振動式測量傳感器通常的那樣，
激勵系統(tǒng)40例如可以是可伸縮線圈布置，該可伸縮線圈布置具有在反 振器20上或者從內(nèi)部固定在轉(zhuǎn)換器殼體100上的圓柱形激勵線圈，相應(yīng) 的激勵電流i^在運行中流過所述激勵線圈；并且該可伸縮線圈還具有 至少部分地進入到所述激勵線圈的長期磁化的銜鐵，該銜鐵固定在測 量管10上。此外激勵系統(tǒng)40還可以例如在US-A 45 24 610或WO-A 03/095950所示的那樣，借助多個可伸縮線圈或者借助電磁裝置實現(xiàn)。
為了探測測量管10的振蕩，測量傳感器還包括傳感器系統(tǒng)50，該 傳感器系統(tǒng)50借助至少一個對測量管10的振動有反應(yīng)的第一振蕩傳感 器51，生成代表其的第一、特別是模擬的振蕩測量信號s"振蕩傳感器 51可以例如借助長期磁化的銜鐵構(gòu)成，其被固定在測量管10上，并且 與固定在反振器20或轉(zhuǎn)換器殼體上的傳感器線圈相互作用。特別適合作為振蕩傳感器51的是這些傳感器所述這些傳感器基于電動力學的
原理檢測測量管10的偏轉(zhuǎn)速度。也可以采用測量加速度的電動力學式
傳感器或者測量行程的阻抗式傳感器和/或光學傳感器。當然也可以采 用其它本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，適合于探測這種振動的傳感器。傳感
器系統(tǒng)60此外還包括特別是與第一振蕩傳感器51相同的第二振蕩傳感
器52，借助它該傳感器系統(tǒng)60提供代表測量管10的振動的第二振蕩測 量信號S2。這兩個振蕩傳感器51、 52在這種構(gòu)造方式情況下沿著測量管 IO相互間隔，特別是與測量管10的中心保持相同距離地，這樣在測量 傳感器10中布置，使得借助傳感器系統(tǒng)50既在輸入側(cè)也在輸出側(cè)局部 地檢測測量管10的振動，并且轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的振蕩測量信號81或32。如圖 6所示，通常分別具有對應(yīng)于測量管10的瞬時振蕩頻率的信號頻率的兩 個振蕩測量信號s,、 S2被輸送給測量裝置電子設(shè)備50，在測量裝置電子 設(shè)備50中以本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式被相應(yīng)地預(yù)處理，特別是數(shù)字 化，并且隨后被適合地分析處理。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式如圖2、 3和4所示，激勵系統(tǒng)40如此被 構(gòu)造且被布置在測量傳感器內(nèi)，使得該激勵系統(tǒng)40在運行中同時，特 別是差分地，作用到測量管10和反振器20。在本發(fā)明的改進方式中， 亦如圖2所示，激勵系統(tǒng)40以優(yōu)選的方式如此被構(gòu)造且被布置在測量傳 感器內(nèi)，使得該激勵系統(tǒng)40在運行中同時，特別是差分地，作用到測 量管10和反振器20。在如圖4所示的實施例中，激勵系統(tǒng)40此外還具有 至少一個在運行中至少暫時地由激勵電流或者部分激勵電流流經(jīng)的第 一激勵線圈41a，所述第一激勵線圈41a固定在與測量管10連接的臂41c 上，并且通過其和從外側(cè)固定在反振器20上的銜鐵41b，差分地作用到 測量管10和反振器20上。這種布置方式此外也具有優(yōu)點，即 一方面 反振器20和進而轉(zhuǎn)換器殼體100在橫截面上被保持得很小，并且盡管如 此激勵線圈41a，特別是即使在安裝時也能夠容易地被操作。此外激勵 系統(tǒng)40的實施方式的另一個優(yōu)點是，可能要應(yīng)用的、特別是在標稱管 徑大于80mm情況下不再能夠被忽略的重的線圈杯41d同樣能夠被固定 到反振器20上，并且由此在實踐中不影響測量管10的固有頻率。然而在此還要指出，如果需要，激勵線圈41a也能夠由反振器20保持，以及 與此相應(yīng)的銜鐵41b能夠由測量管10保持。
以與此相應(yīng)的方式，振蕩傳感器51、 52可以如此設(shè)計并在測量傳 感器中布置，使得通過它，測量管10和反振器20的振動能夠被差分地 檢測。在圖5所示的實施例中傳感器系統(tǒng)50包括在測量管10上固定的
(在此布置在傳感器系統(tǒng)50總體的慣性主軸之外的)傳感器線圈51a。 傳感器線圈51a盡可能地靠近在反振器20上固定的銜鐵51b地布置，并且 與其如此磁聯(lián)接，使得在傳感器線圈內(nèi)感生變化的測量電壓，所述測 量電壓是受旋轉(zhuǎn)和/或側(cè)向的、改變其相對位置和/或其相對距離的、測 量管10和反振器20之間的相對運動影響的?；趥鞲衅骶€圈51a的這種 布置方式，能夠以有利的方式同時既檢測上述的扭轉(zhuǎn)振蕩也檢測被激 勵的彎曲振蕩。如果需要，傳感器線圈51a此外也能夠固定在反振器20 上，并且與其聯(lián)接的銜鐵51b能夠以相應(yīng)的方式固定在測量管10上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，測量管IO、反振器20以及其上固 定的傳感器系統(tǒng)和激勵系統(tǒng)40、 50參考它們的質(zhì)量分布如此相互確定， 使得測量傳感器的、如此構(gòu)成的、借助輸入管件和在輸出管件ll、 12 處懸掛的內(nèi)部件具有質(zhì)量重心MS，該質(zhì)量重心MS至少位于測量管IO 內(nèi)，優(yōu)選盡可能地靠近測量管縱軸L。此外該內(nèi)部件以有利方式如此構(gòu) 成，使得它具有與輸入管件11和輸出管件12對中心的、并且至少節(jié)段 式地位于測量管10內(nèi)部的第一慣性主軸T,。由于內(nèi)部件的質(zhì)量重心的布 置，特別是由于第一慣性主軸L的所述位置，這兩個符合運行方式地由 測量管10具有的并且由反振器20盡可能地補償?shù)恼袷幮问?，即測量管 IO的扭轉(zhuǎn)振蕩和彎曲振蕩，機械地相互盡最大可能地分離(對此對比 US-B 68 40 109)。由此這兩個振蕩形式，即側(cè)向振蕩和/或扭轉(zhuǎn)振蕩， 以有利方式隨意地相互分開地被激勵。質(zhì)量重心MS和第一慣性主軸T, 的相對于測量管縱軸L的布置例如能夠由此顯著地簡化，即內(nèi)部件(即 測量管IO、反振器20以及其上固定的傳感器系統(tǒng)和激勵系統(tǒng)50、 40) 如此構(gòu)造并如此相互布置，使得內(nèi)部件的質(zhì)量分布沿著測量管縱軸L基本對稱，至少相對于假想的繞測量管縱軸L的180。旋轉(zhuǎn)是不變的(c2-對 稱)。為此，在這里管形的、特別是盡可能地軸向?qū)ΨQ構(gòu)成的反振器20 與測量管10基本同軸地布置，由此內(nèi)部件的對稱質(zhì)量分布的獲得被明 顯簡化了，進而質(zhì)量重心MS以簡化方式被布置靠近測量管縱軸L。此 外傳感器系統(tǒng)和激勵系統(tǒng)50、 40在實施例中被如此構(gòu)成并且如此相互 布置在測量管10并且可能布置在反振器20上，使得通過它們生成的質(zhì) 量慣性力矩盡可能集中于測量管縱軸L地構(gòu)建，或者至少被保持得盡量 小。這例如可以如此實現(xiàn)，即傳感器系統(tǒng)和激勵系統(tǒng)50、 40的共同 質(zhì)量重心同樣盡可能地靠近測量管縱軸L，和/或即傳感器系統(tǒng)和激勵 系統(tǒng)50、 40的共同質(zhì)量保持得盡可能小。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，激勵系統(tǒng)40為了分離測量管10的 扭轉(zhuǎn)振蕩和/或彎曲振蕩的激勵被如此構(gòu)成并如此固定于其上以及反振 器20上，使得生成彎曲振蕩的力沿著假想的力線作用到測量管10上，
所述力線在垂直于第一慣性主軸T!的第二慣性主軸T2的外側(cè)延伸，或者
最終僅在一個點上相交。內(nèi)部件優(yōu)選如此構(gòu)成，使得第二慣性主軸T2 基本與上述中軸重合。在如圖4所示的實施例中，激勵系統(tǒng)40還具有至 少一個在運行中至少暫時地由激勵電流或者部分激勵電流流經(jīng)的第一 激勵線圈41a，所述第一激勵線圈41a固定在與測量管10連接的臂41c上， 并且通過其和從外側(cè)固定在反振器20上的銜鐵41b差分地作用到測量 管10和反振器20上。這種布置方式此外具有優(yōu)點，即一方面反振器20 和進而轉(zhuǎn)換器殼體100在橫截面上被保持得小，并且盡管如此激勵線圈 41a，特別是在安裝時，也能夠容易地被操作。此外激勵系統(tǒng)40的這種 實施方式的另一個優(yōu)點在于，可能使用的、特別是在標稱管徑大于 80mm情況下不再能夠被忽略的重的線圈杯41d同樣能夠被固定到反振 器20上，并且由此在實踐中不影響測量管10的諧振頻率。然而還要指 出，如果需要，激勵線圈41a也能夠由反振器20保持，以及與此相應(yīng)的 銜鐵41b也能夠由測量管10保持。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，激勵系統(tǒng)40具有至少一個沿著測量管10的直徑布置的第二激勵線圈42a，其以與激勵線圈41a相同的方式 與測量管10和反振器20聯(lián)接。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，激勵
系統(tǒng)具有兩個其它的、總共四個至少關(guān)于第二慣性主軸T2對稱布置的激
勵線圈43a、 44a，它們所有都以所述方式安裝在測量傳感器內(nèi)。在第二 慣性主軸T2之外作用到測量管10上的力能夠借助這種兩個或四個線圈 系統(tǒng)以簡單的方式例如如此被生成，即這些激勵線圈中的一個(例如 激勵線圈41a)與各個其它激勵線圈相比具有不同的感應(yīng)系數(shù)，或者這 些激勵線圈中的一個(例如激勵線圈41a)在運行中被部分激勵電流流 過，所述部分激勵電流與各個其它激勵線圈的各自的部分激勵電流不 同。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，傳感器系統(tǒng)50包括，如在圖5中示意 性地示出的，在第二慣性主軸T2外布置的、固定在測量管10上的傳感器 線圈51a。傳感器線圈51a盡可能地靠近在反振器20上固定的銜鐵51b地 布置，并且與其如此磁聯(lián)接，使得在傳感器線圈內(nèi)感生變化的測量電 壓，所述測量電壓是受旋轉(zhuǎn)和/或側(cè)向的、改變其相對位置和/或其相對 距離的、測量管10和反振器20之間的相對運動影響的。基于傳感器線 圈51a的、所述依據(jù)本發(fā)明的布置方式，能夠以有利的方式同時既檢測 上述的扭轉(zhuǎn)振蕩也檢測可能被激勵的彎曲振蕩。如果需要，此外傳感 器線圈51a也能夠固定在反振器20上，并且與其聯(lián)接的銜鐵51b能夠以相 應(yīng)的方式固定在測量管10上。
在這里還要說明，即激勵系統(tǒng)40和傳感器系統(tǒng)50以本領(lǐng)域技術(shù)人
員公知的方式在其機械結(jié)構(gòu)方面也可以以基本相同的方式實施，進而 激勵系統(tǒng)40的機械結(jié)構(gòu)的所述實施方式能夠基本地傳遞到傳感器系統(tǒng) 50的機械結(jié)構(gòu)，并且反向亦然。
為了讓測量管10振動，激勵系統(tǒng)40如所述那樣，借助同樣地、特
別是多頻率地振蕩的、具有可調(diào)節(jié)的幅值和可調(diào)節(jié)的激勵頻率fexe的激 勵電流i^如此地被供給，使得所述激勵電流iexc在運行中流經(jīng)激勵線圈26、 36并且以相應(yīng)方式生成用于移動銜鐵27、 37所必須的磁場。激勵 電流例如可以是簡諧的、多頻率的或者方波形的。激勵電流i^的用于
正確保持測量管10的側(cè)向振蕩所必須的側(cè)向電流分量i^L的側(cè)向振蕩
激勵頻率f^L，能夠在實施例所示的測量傳感器中如此以有利的方式被 選擇及設(shè)定，使得側(cè)向振蕩的測量管10基本以具有唯一的振蕩腹部的
彎曲振蕩基本模式來振蕩。與此相似的是，激勵電流iexe的用于正確保 持測量管10的扭轉(zhuǎn)振蕩所必須的扭轉(zhuǎn)電流分量i^T的扭轉(zhuǎn)振蕩激勵頻 率f^T，在有利方式下如此被選擇及設(shè)定，使得扭轉(zhuǎn)地振蕩的測量管IO
盡可能以具有唯一的振蕩腹部的扭轉(zhuǎn)振蕩基本模式來振蕩。根據(jù)所選
擇的不同的運行方式，這兩個所述電流分量i^L和i^T例如能夠間隙地，
即瞬時地分別作為激勵電流i^發(fā)揮作用，或者也可以同時即相互補充 到激勵電流U也供應(yīng)給激勵系統(tǒng)40。
對于上述情況，即側(cè)向振蕩頻率fe，a和扭轉(zhuǎn)振蕩頻率fexcT相互不同 地被調(diào)節(jié)，測量管可以借助所述側(cè)向振蕩頻率feML和扭轉(zhuǎn)振蕩頻率fexcT 而在運行中振蕩，可以借助測量傳感器以簡單且有利的方式即使在同 時激勵了扭轉(zhuǎn)振蕩和彎曲振蕩情況下(例如基于信號過濾或者頻率分 析)，既在激勵信號中也在傳感器信號中實現(xiàn)各個振蕩模式的分離。 否則，則推薦交替地激勵側(cè)向振蕩或扭轉(zhuǎn)振蕩。
為了生成和設(shè)定激勵電流iexe或者說電流分量iexeL、 iexeT，測量裝置
電子設(shè)備50包括相應(yīng)的驅(qū)動電路53，該驅(qū)動電路53由代表待調(diào)節(jié)的側(cè)
向振蕩激勵頻率fexcL的側(cè)向振蕩頻率調(diào)節(jié)信號yFML，和由代表激勵電流 i^的和/或側(cè)向電流分量ieML的待調(diào)節(jié)的側(cè)向振蕩幅值的側(cè)向振蕩幅值 調(diào)節(jié)信號yAML，以及至少暫時由代表待調(diào)節(jié)的扭轉(zhuǎn)振蕩激勵頻率fexcT的 扭轉(zhuǎn)振蕩頻率調(diào)節(jié)信號yPMT，和由代表激勵電流iexc的和/或扭轉(zhuǎn)電流分 量i^T的待調(diào)節(jié)的扭轉(zhuǎn)振蕩幅值的扭轉(zhuǎn)振蕩幅值調(diào)節(jié)信號yAMT控制。驅(qū) 動電路53能夠例如借助壓控振蕩器和下游設(shè)置的電壓電流轉(zhuǎn)換器來實 現(xiàn)，代替模擬的振蕩器能夠例如使用數(shù)值地受控的數(shù)字式振蕩器，以 便調(diào)節(jié)瞬時的激勵電流iexc或激勵電流的分量iexcL、 UcT。例如集成到測量裝置電子設(shè)備50內(nèi)的幅值控制電路51能夠用于生 成側(cè)向振蕩幅值調(diào)節(jié)信號yAML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩幅值調(diào)節(jié)信號yAMT，所述
幅值控制電路51根據(jù)兩個在瞬時的側(cè)向振蕩頻率和/或瞬時的扭轉(zhuǎn)振蕩
頻率下測得的振蕩測量信號S" S2中的至少一個的瞬時幅值，以及根據(jù) 側(cè)向振蕩及扭轉(zhuǎn)振蕩WB、 Wt的、相應(yīng)的、恒定的或者可變的幅值參考
值來更新幅值調(diào)節(jié)信號yAML、 yAMT;在某些情況下為了生成側(cè)向振蕩幅
值調(diào)節(jié)信號yAML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩幅值調(diào)節(jié)信號yAMT，能夠引用激勵電流
的瞬時幅值i^。這種幅值控制電路的結(jié)構(gòu)和作用方式對于本領(lǐng)域技術(shù)
人員同樣也是公知的。"PROMASS 83"系列的測量轉(zhuǎn)換器就是這種幅 值控制電路的例子，正如由本專利申請人例如與"PROMASS I"系列
的測量傳感器關(guān)聯(lián)地提供的那樣。它們的幅值控制電路優(yōu)選如此實現(xiàn)，
即測量管10的側(cè)向振蕩被調(diào)節(jié)到恒定的(也就是與密度/o無關(guān)的)幅值。
頻率控制電路52和驅(qū)動電路53例如可以被構(gòu)造為相位調(diào)節(jié)回路， 該相位調(diào)節(jié)回路通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式這樣應(yīng)用，根據(jù)相位
差，所述相位差在至少一個振蕩測量信號S,、 S2和待調(diào)節(jié)或瞬時測量的 激勵電流iexc之間測得，側(cè)向振蕩頻率調(diào)節(jié)信號yFML和/或扭轉(zhuǎn)振蕩頻率 調(diào)節(jié)信號yFMT始終與測量管10的當前的固有頻率比較。旨在驅(qū)動測量管
到其機械固有頻率的這種相位調(diào)節(jié)回路的構(gòu)造和應(yīng)用例如在US-A 48 01 897中被詳細論述。當然也可以采用其它對于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的 頻率控制電路，例如在US-A45 24 610或US-A48 01 897所建議的那樣。 此外這種頻率控制電路的針對振動式測量傳感器的應(yīng)用可以在己經(jīng)述 及的"PROMASS 83"系列的測量轉(zhuǎn)換器中找到。此外適合于驅(qū)動電路 的電路例如可以在US-A 58 69 770或US-A 65 05 519中找到。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式幅值控制電路51和頻率控制電路 52，如在圖6中示意性地示出的，是借助在測量裝置電子設(shè)備50內(nèi)設(shè)定 的數(shù)字信號處理器DSP以及借助在其內(nèi)相應(yīng)實現(xiàn)并在其內(nèi)運行的程序 代碼來實現(xiàn)的。該程序代碼例如可以在控制和/或監(jiān)視信號處理器的微電腦55的非易失性存儲器EEPROM內(nèi)持續(xù)地或者也可以是永久地存 儲，并且在信號處理器DSP啟動時能夠被讀取到測量裝置電子設(shè)備50 的、例如在信號處理器DSP內(nèi)集成的、易失性數(shù)據(jù)存儲器RAM內(nèi)。適 合于這種應(yīng)用的信號處理器例如是型號TMS320VC33，正如它由德州儀 器有限公司(Firma Texas Instruments Inc.)在市場上提供的那樣。實踐 中顯而易見的是，用于在信號處理器DSP內(nèi)處理的振蕩測量信號s" s2 借助相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，特別是參見EP-A 866 319。如果需要，由信號處理器給出的調(diào)節(jié)信號(例如幅值調(diào)節(jié)信
號yAML、 yAMT或者頻率調(diào)節(jié)信號yFML、 yFMT)能夠以相應(yīng)的方式從數(shù)字
到模擬地轉(zhuǎn)換。
如在圖6中示意性地示出的，可能預(yù)先被條件適配處理過的振蕩測
量信號S,、 S2還被輸入給測量裝置電子設(shè)備的測量電路21，該測量電路 21根據(jù)振蕩測量信號S" S2的至少一個和/或根據(jù)激勵電流i^生成至少 一個測量值Xx。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，測量電路21至少部分地被構(gòu)造為流
量計算裝置，并且該測量電路還用于以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式，
根據(jù)在至少部分側(cè)向振蕩的測量管10情況下所生成的振蕩測量信號81、
S2之間檢測到的相位差，檢測在這里作為質(zhì)量流量測量值Xm的第一類測
量值，所述第一類測量值盡可能精確地表示待測量的質(zhì)量流量m。在常
規(guī)的科里奧利質(zhì)量流量測量裝置中己經(jīng)使用和設(shè)立的、特別是數(shù)字的
測量電路能夠在這里被作為測量電路21，所述測量電路根據(jù)振蕩測量 信號s" S2測定質(zhì)量流量，參見特別是在開始部分述及的WO-A 02/37063、 WO-A 99/39164、 US-A 56 48 616和US-A 50 69 074。當然也
可以采用其它對于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的適合于科里奧利質(zhì)量流量測 量裝置的測量電路，該測量電路能夠測量并相應(yīng)地分析所述類型的振 蕩測量信號之間的相位差和/或時間差。此外測量電路21還用于生成被 應(yīng)用為密度測量值Xp的第二類測量值，該第二類測量值由振蕩頻率推 導(dǎo)得出，所述振蕩頻率是例如根據(jù)振蕩測量信號s^ S2的至少一個測得的、至少一個測量管ll的側(cè)向振蕩的振蕩頻率，所述第二類測量值瞬 時地表示了介質(zhì)的待測密度^。由于直線的測量管10如上所述地符合運 行方式地被允許同時或者交替地側(cè)向振蕩和扭轉(zhuǎn)振蕩，因此測量電路 21此外還能被用于測定可被應(yīng)用為粘度測量值X,的第三類測量值，所 述第三類測量值由激勵電流iexc推導(dǎo)得到，該激勵電流i^可被看作為測 量管ll內(nèi)引導(dǎo)的介質(zhì)的表現(xiàn)的粘度或者粘度密度積的尺度，所述第三
類測量值瞬時地表示了介質(zhì)的粘度，參見US-A 45 24 610、 WO-A 95 16 897或US-B 66 51 513。
這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說肯定是清楚的，即在線測量裝置既能 夠在共同的測量周期內(nèi)以相同的刷新率，也能夠以不同的刷新率，測 定不同的測量量x [m， p，,...]的各個測量值Xx [Xm， Xp， X,...]。例如 大多數(shù)明顯地變化的質(zhì)量流量m的高精度的測量通常要求非常高的刷 新率，介質(zhì)的與此相反的經(jīng)過長時間大部分很少改變的粘度ij能夠以較 大的時間間隔來更新。
此外可以毫無顧忌地設(shè)定前提，即當前測定的測量值X、能夠能夠
被中間存儲在測量裝置電子設(shè)備內(nèi)并為后續(xù)應(yīng)用保持它。在有利方式 中，測量電路21此外還可以借助信號處理器DSP來實現(xiàn)。
如在開始部分以及述及的，在管壁上例如由于沉積過程沉淀的覆 蓋物，還例如在管壁上出現(xiàn)的磨損可能導(dǎo)致在線測量裝置的測量結(jié)果 的誤差。在具有振動傳感器的在線測量裝置情況下特別是當測量管的 管壁的改變自身影響到了測量精度時，當在線測量裝置很大程度地取 決于流動輪廓的測量精度時，引導(dǎo)介質(zhì)的管路的管壁上的未知變化同 樣會導(dǎo)致嚴重的測量誤差。令人驚奇的是，在振動式測量傳感器的情 況下，在測量管的管壁上形成的覆蓋物特別是影響了自然的扭轉(zhuǎn)固有 頻率并且因而影響了扭轉(zhuǎn)振蕩頻率f^T，該測量管以該扭轉(zhuǎn)振蕩頻率被 激勵，然而自然的側(cè)向固有頻率幾乎不受任何影響，參見圖7。扭轉(zhuǎn)振
蕩頻率f^T相對于測量管的管壁的另外的改變是同樣敏感的，例如由于在測量管內(nèi)磨損性的介質(zhì)導(dǎo)致的材料減少。在形成覆蓋物的情況下可以這樣形象地解釋，即一方面覆蓋物B 的密度,B在時間上的平均值基本與同樣地平均的介質(zhì)密度相同，并且因 而側(cè)向振蕩頻率fe，^對于這種在測量管上積沉的覆蓋物不是特別程度 地敏感，然而通過覆蓋物B虛擬地增大了管壁的厚度并且由此明顯地改 變了測量管的繞慣性主軸的質(zhì)量慣性力矩。在管壁上出現(xiàn)磨損的情況 下，因此分別導(dǎo)致的當前的測量管的扭轉(zhuǎn)固有頻率的降低與在新的測 量裝置初始情況下設(shè)置的扭轉(zhuǎn)固有頻率相比而言可以如此表示，即至 少在扭轉(zhuǎn)基本模式中，預(yù)先確定的最低的可靠的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率的下降 能被作為針對在測量管上的磨損的非?？煽康闹甘尽Ｒ蚨诟鶕?jù)本發(fā) 明的在線測量裝置情況下還規(guī)定，即測量裝置電子設(shè)備2，基于被激勵 的扭轉(zhuǎn)振蕩的被反復(fù)測定的振蕩頻率feMT，監(jiān)視至少一個測量管的運行 狀態(tài)，特別是測量管的覆蓋物沉積和/或磨損，并且可能在測定各個測 量值XJ寸也關(guān)注該監(jiān)視的結(jié)果。測量管的該運行狀態(tài)例如能夠以簡單 方式根據(jù)扭轉(zhuǎn)振蕩頻率f^T的相對變化 ~一或者以簡化的線性化形式丄excT 一 i f(1)相對于參考振蕩頻率f^T,0被定量，該參考振蕩頻率f^T，0是針對給定的帶有未被沉積覆蓋物的測量管的測量傳感器初始化地設(shè)定的，并 且以表示測量管的運行狀態(tài)的狀態(tài)值的形式示出。代替對扭轉(zhuǎn)振蕩頻率fexeT的近似直接的測量，根據(jù)振蕩測量信號S,、 32的至少一個，瞬時 的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率f^T例如也能夠由被瞬時地提供到激勵系統(tǒng)的激勵信 號和/或近似間接地根據(jù)所述的扭轉(zhuǎn)振蕩頻率調(diào)節(jié)信號yFMT得出。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式設(shè)定測量裝置電子設(shè)備2，以便測定在 測量管上形成的覆蓋物B的程度，特別是有效質(zhì)量mB和/或平均厚度dB，至少探測在測量管上形成的覆蓋物B的存在。根據(jù)本發(fā)明的該實施方式的擴展還設(shè)計，即測量裝置電子設(shè)備基于所測得的扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率f^T而測定(例如給出警告的)第一類狀態(tài)值ZB，該第一類狀態(tài)值Ze 至少把在測量管上形成的覆蓋物B的存在信號化。根據(jù)振蕩頻率f^T測 定得到的覆蓋物的覆蓋物測量值XB，例如可以為此與一個或多個預(yù)先 設(shè)定的可靠的邊界值比較，并且狀態(tài)值ZB能夠從第一信號電平轉(zhuǎn)換到 第二信號電平，如果覆蓋物測量值XB相應(yīng)地超過為此而確定的邊界值。 對于這種情況，即覆蓋物測量值XB例如被作為覆蓋物B的有效質(zhì)量mB的尺度，至少在基本均勻地并且基本相同地沿著測量管分布覆蓋物B的假定情況下，在瞬時測定的振蕩頻率fexeT和有效質(zhì)量mB之間的盡可能 線性的關(guān)聯(lián)以下述數(shù)學關(guān)系非常簡單地示出f2
<formula>formula see original document page 33</formula>
(2)至少對于介質(zhì)，該介質(zhì)在其溫度"9、其密度p和其粘度)j方面盡可 能地保持恒定，系數(shù)KB實用地也是常數(shù)，該系數(shù)可以在在線測量裝置 安裝過程中或之前被相應(yīng)地校準并且在測量裝置電子設(shè)備中能夠以恒 量KB，o形式相應(yīng)地被存儲。當然為了改善精度(以該精度，覆蓋物測量 值XB例如可以表示有效質(zhì)量mB或者由其推導(dǎo)得出的值)下述情況是必須，系數(shù)KB借助至少一個運行參數(shù)相應(yīng)地被匹配到可能變化的介質(zhì)特性，特別是瞬時溫度"9、密度P和/或粘度r 等，所述運行參數(shù)在所描述 的類別的在線測量裝置的運行狀態(tài)中通常無論如何都被測量和/或被調(diào)節(jié)，所述運行參數(shù)例如是測量管溫度、側(cè)向振蕩頻率fexc^，側(cè)向振蕩幅值、激勵電流幅值等。特別是這里給出，根據(jù)方程(2)求得的覆蓋物測量值XB在使用當 前在至少一個測量管路中引導(dǎo)的介質(zhì)的密度測量值Xp和粘度測量值Xq 的條件下能夠根據(jù)下述的關(guān)系式被盡可能獨立地得出，<formula>formula see original document page 34</formula>(3)<密度測量值Xp能夠如所述那樣，例如基于在所描述種類的在線測 量裝置的運行中以通常方式所測定的側(cè)向振蕩頻率f^L和/或例如根據(jù)側(cè)向振蕩頻率調(diào)節(jié)信號外ML在測量裝置電子設(shè)備中被計算得出。同樣已 知的是，粘度測量值X,的測定借助所描述種類的在線測量裝置，例如根據(jù)扭轉(zhuǎn)電流分量iewT，有時也參考扭轉(zhuǎn)振蕩幅值和/或側(cè)向振蕩幅值，這里例如對比開始部分提及的US-B 68 40 109、 US-A 45 24 610或US-A 2004/0200268。相對于介質(zhì)的粘度在測定覆蓋物測量值XB時，例如可以 另選地或者補充地相應(yīng)地參考測量管的振蕩的衰減，特別是扭轉(zhuǎn)振蕩 的衰減，所述衰減是由位于測量管內(nèi)的介質(zhì)引發(fā)的。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式還規(guī)定，如此測定覆蓋物測量值XB: 該覆蓋物測量值XB能夠被看作為在測量管上形成的覆蓋物的瞬時厚度 4的尺度。這例如可以通過對所述方程(2)進行很小的改動來實現(xiàn)，方 法是在測定覆蓋物測量值XB時，把覆蓋物B的密度PB相應(yīng)地考慮到計 算中。這例如可以如此實現(xiàn)，即在盡可能恒定的處理條件下，特別是 在介質(zhì)盡可能地保持相同特性時，把預(yù)先測得的覆蓋物B的密度PB并入到被作為恒量而存儲的校準恒量KB，c而直接被用作輸入。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，為了改善精度(借助該精度覆蓋物B能夠被估算)還規(guī)定，用于測定覆蓋物測量值XB的所述系數(shù)KB反復(fù)地 借助瞬時的覆蓋物密度^B的更新估計值被盡可能好地適配到在測量管內(nèi)的實際的關(guān)系。相應(yīng)地是，用于 轉(zhuǎn)換方程(2)而使用的系數(shù)kb如下地進行改變(4)。 作為估計值在這里例如可以是基于處理經(jīng)驗值和/或處理歷史值的計算值，該 計算值由布置在上游的測量值處理單元相應(yīng)地測定并通過現(xiàn)場總線系 統(tǒng)傳遞到在線測量裝置。另選的或者補充的是，該估計值也可以直接在測量裝置電子設(shè)備內(nèi)依據(jù)所測得的運行參數(shù)而測 定，例如根據(jù)多個密度測量值Xp和/或粘度測量值X,，經(jīng)過較長的時間而被存儲和/或被求平均值。這些前面敘述的，生成覆蓋物測量値Xb、系數(shù)kb和/或服務(wù)的數(shù)學 函數(shù)(通過方程(2)到(4)被符號化)，能夠至少部分地借助信號 處理器DSP或者例如也可以借助上面提及的微型計算機55來實現(xiàn)。相應(yīng) 算法的制定和實現(xiàn)以及其被轉(zhuǎn)換為在這些信號處理器中可執(zhí)行的程序 代碼，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是熟知的并且因而在這里(在本發(fā) 明的認識范圍內(nèi))不需要詳細的論述，所述算法與前述的方程相關(guān)或 者模仿幅值控制電路51和頻率控制電路52的功能。當然所述方程也可 以毫無顧忌地完全或者部分地借助在測量裝置電子設(shè)備50內(nèi)相應(yīng)的分 布式構(gòu)造的模擬和/或數(shù)字電路來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，測量裝置電子設(shè)備2為此規(guī)定，根 據(jù)測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩來測定在測量管上存在的磨損A，或至少探測在測 量管上的磨損的存在。根據(jù)本發(fā)明的該實施方式的擴展中還規(guī)定，測量裝置電子設(shè)備基于所測到的扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率fexeT而測定(例如給 出警告的)第二類狀態(tài)值ZA，其至少把在測量管上的磨損的存在信號化。通過測量裝置電子設(shè)備2的相應(yīng)校準，還能夠以這樣一種方式測定 如此測定的第二類狀態(tài)值ZA，使得把第二類狀態(tài)值ZA作為磨損測量值 XA，該磨損測量值XA表示在測量管上存在的磨損的程度，特別是測量 管的管壁的當前壁厚相對于額定壁厚的相比的減少程度。如果關(guān)注這樣一種情況，即應(yīng)用被投入到比較少見的應(yīng)用場合中， 在所述應(yīng)用場合情況下既出現(xiàn)顯著的覆蓋物沉積也出現(xiàn)同樣明顯的在 管壁上的磨損，被激勵的扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率f^T至少參考相應(yīng)的關(guān)于 各個應(yīng)用的附加信息，被徹底地看作用于覆蓋物沉積的明確指示或者 磨損的明確指示。這實際至少從某個已知的磨損等級開始在任何情況 下都被涉及到，因為任何持續(xù)的磨損都會導(dǎo)致這樣一種明顯的扭轉(zhuǎn)振 蕩的被關(guān)注的固有頻率的降低，所述降低至少不再能夠通過覆蓋物沉 積可靠地被解釋。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式與此相符合地還規(guī)定， 在測量裝置電子設(shè)備中用于被測量的振蕩頻率f^T的第一狀態(tài)邊界值 GA被存儲，在其降低時通過被測量的振蕩頻率f^T由測量裝置電子設(shè)備 給出被提高的磨損的信號化的警告。此外還把第二狀態(tài)邊界值GA/B存儲 在測量裝置電子設(shè)備內(nèi)，該第二狀態(tài)邊界值GA/B表示扭轉(zhuǎn)振蕩頻率，該 扭轉(zhuǎn)振蕩頻率比通過所述第一狀態(tài)邊界值GA表示的振蕩頻率高。對于 把在線測量裝置投入到偏向于覆蓋物提高的應(yīng)用的情況下，在低于第 二狀態(tài)邊界值GA/B時從測量裝置電子設(shè)備給出開始覆蓋物沉積或覆蓋 物沉積持續(xù)的信號化的警告，對于把在線測量裝置投入到偏向于磨損 提高的應(yīng)用的情況下，將相應(yīng)地給出開始磨損或者磨損持續(xù)的信號化 的警告。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式由測量裝置電子設(shè)備，根據(jù)多個用于 被測量的振蕩頻率f^T的在較長運行時間范圍內(nèi)存儲的和/或時間性地 被平均的數(shù)字的數(shù)據(jù)值，和/或根據(jù)多個用于顯示至少一個測量管的運 行狀態(tài)的狀態(tài)值的在較長運行時間范圍內(nèi)存儲的和/或時間性地被平均 的數(shù)字的數(shù)據(jù)值，預(yù)先估算在線測量裝置或至少測量管的剩余運行時 間。把與各個裝置和其內(nèi)當前被引導(dǎo)的介質(zhì)相關(guān)的運行經(jīng)驗包括在 內(nèi)，從按照上述方式首先為了在線測量裝置自身的監(jiān)視而測定的至少 一個測量管的運行狀態(tài)出發(fā)，也可以回溯到至少連接在在線測量裝置 上的管路的所選擇的節(jié)段的，特別是這樣一些管壁的瞬時的和/或預(yù)先 的運行狀態(tài)，所述管壁被在在線測量裝置內(nèi)流動的介質(zhì)符合驅(qū)動方式 地接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式與此相符合地還規(guī)定，基于以 上述方式測定并分析的扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率f^T，借助測量裝置電子設(shè) 備還監(jiān)視至少一個所選擇的、至少部分地通過連接到在線測量裝置的 管路地延伸的管壁節(jié)段的運行狀態(tài)。與此相應(yīng)的是，用于測定上述狀 態(tài)值ZA和/或ZB而投入使用的分析方法可以如此改變，即相應(yīng)地連帶參 考了管路的磨損狀態(tài)和/或覆蓋物狀態(tài)的運行經(jīng)驗，被允許并入到基于 振蕩頻率f^T的狀態(tài)值ZA和域ZB的運算中，例如以相應(yīng)的時變量形式的，如果有必要把受條件控制的系數(shù)KB(t)引入到方程(2) 、 (3)和/ 或(4)。與此相符的是，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，測量裝置電子設(shè)備以這樣一種方式測定狀態(tài)值ZA和/或ZB，即管壁的分別被選擇的節(jié)段至少不完全對應(yīng)于測量管的管壁，而是至少部分地對應(yīng)于借助在線測量裝置引導(dǎo)待測量的介質(zhì)的管壁的管壁節(jié)段。第一類狀態(tài)值ZB相應(yīng)地可以至少把在管路中的覆蓋物的存在信號化，并且第二類狀態(tài)值ZA能夠至少把在管路中磨損的存在信號化。此外，第一類狀態(tài)值ZB例 如參考覆蓋物的厚度或者覆蓋物的質(zhì)量，也能夠示出在管路中的覆蓋 物沉積的程度，或者第二類狀態(tài)值ZA能夠表示在管壁上至少節(jié)段式地 存在的磨損的程度，特別是管壁的當前的壁厚與額定的壁厚的相比的 減少程度。盡管在所描述的類型的具有振動式測量傳感器的在線測量裝置情 況下，在測量管上形成的覆蓋物大部分僅很小程度地影響測定質(zhì)量流量m的測量精度，但是這種在測量管上的覆蓋物一定會嚴重地影響到例如測定密度p和/或粘度"的測量精度。同樣的是，在所描述的類型的在 線測量裝置情況下磨損的出現(xiàn)還可以導(dǎo)致增大測量誤差，至少在這里特別是在測定質(zhì)量流量m時。 一般情況下由此可以得出覆蓋物沉積以 及磨損的出現(xiàn)還將導(dǎo)致以通常方式假定測量管無變化而測得的測量 值不足夠精確地符合于實際的測量值x (例如實際的密度/o)，即該測 量值必須相應(yīng)地被校正。與此符合地，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，測量裝置電子設(shè)備2 以通常方式生成實用地作為初始測量值或者也作為起始測量值的測量 值X'x，其暫時地表示待測量的物理測量量x或者至少與其相關(guān)。鑒于非 常豐富且非常詳細地論述了的現(xiàn)有技術(shù)可以直接由此得出，符合于以 通常方式生成的測量值的起始測量值X'x的測定對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來 說毫無問題，由此對于本發(fā)明的其余解釋該起始測量值X'x能夠被作為 已知前提。此外測量裝置電子設(shè)備基于扭轉(zhuǎn)振蕩的所測定的振蕩頻率 f^T生成至少一個參考了測量管的上述運行狀態(tài)(例如在測量管上形成 的覆蓋物B).的用于初始測量值X'x的校正值XK。由該初始測量值X'x借 助分析電子設(shè)備21最后通過應(yīng)用至少一個校正值XK，推導(dǎo)出足夠精確 地代表物理測量值x的測量值Xx，所述測量值例如可以是質(zhì)量流量測量 值、密度測量值或者粘度測量值。根據(jù)校正信Xk，中間值X'x的校正也 與生成測量值Xx—樣，能夠在測量裝置電子設(shè)備內(nèi)例如基于該數(shù)學關(guān) 系式XX = (1+XK) . X'x (5)得出。根據(jù)本發(fā)明的改進例，用于確定瞬時合適的校正值在運行中從測量管的扭轉(zhuǎn)振蕩的當前的振動頻率fexcT出發(fā)可以這樣實用地被直接測 得，即在振蕩頻率fexeT的頻率值和適合于其的校正值XK之間的唯一的關(guān)系式被在測量裝置電子設(shè)備中程序化。為此測量裝置電子設(shè)備2還具有 表格存儲器，在該表格存儲器內(nèi)預(yù)先，例如在在線測量裝置的校準時， 存儲測得的數(shù)字的校正測量值XK，,的記錄。測量電路通過借助當前有效 的振蕩頻率f^T的頻率值而測得的存儲器地址實用地直接訪問校正測量値Xk,。該校正測量值XK能夠例如通過簡單的方式測得，即振蕩頻率fT的頻率值與相應(yīng)地輸入到表格存儲器內(nèi)的預(yù)定值為此被比較，并且 因此讀出相應(yīng)的那個校正值XK,i，即被分析電路2用于其它計算而使用， 該校正值XK,i與在下一個出現(xiàn)的預(yù)定值的當前的整體情況相關(guān)聯(lián)。表格存儲器可以是可編程固定值存儲器、即FPGA(現(xiàn)場可編程序門陣列)、 EPROM或者EEPROM。使用這種表格存儲器首先有這樣的優(yōu)點，艮P:校正值XK在測定當前振蕩頻率f^T之后相對于運行時間非?？焖俚靥?于可使用狀態(tài)。為此，表格存儲器內(nèi)輸入的校正值XK,i能夠根據(jù)少量的校準測量預(yù)先非常精確地，例如基于方程(2) 、 (3)和/或(4)并且 應(yīng)用最小二乘法來測得。由前面所述的實施例能夠毫無疑問地認識到，起始測量值X、的校 正一方面可以通過使用少量的非常簡單就能被確定的校正系數(shù)來完成。另一方面校正通過使用振蕩頻率f^T能夠以極小運算復(fù)雜度來執(zhí)行。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是至少幾個所述校正系數(shù)能夠毫無問題地 由例如在所描述的類型的在線測量裝置的運行中通常直接測得的運行 參數(shù)自身導(dǎo)出，并且進而能夠?qū)嵱玫夭槐孛黠@提高電路開銷和測量技 術(shù)開銷地被生成。
權(quán)利要求
1.在線測量裝置，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量裝置/密度測量裝置和/或粘度測量裝置，用于測量在管路中被引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個物理測量量x，特別是質(zhì)量流量m、密度ρ和/或粘度η，所述在線測量裝置包括振動式測量傳感器(1)以及與所述測量傳感器電聯(lián)接的測量裝置電子設(shè)備(2)，-其中，所述測量傳感器(1)包括--至少一個引導(dǎo)所述待測介質(zhì)的基本直線式的測量管(10)，所述測量管(10)與所連接的所述管路連通，--作用到所述測量管(10)的激勵系統(tǒng)(40)，用于使得所述至少一個測量管(10)振動，所述激勵系統(tǒng)(40)使得所述測量管(10)在運行中至少暫時和/或至少部分地圍繞假想地相互連接所述測量管的輸入端和所述測量管的輸出端的扭轉(zhuǎn)振蕩軸而處于扭轉(zhuǎn)振蕩中，以及--傳感器系統(tǒng)(50)，用于檢測所述至少一個測量管(10)的振動，所述傳感器系統(tǒng)(50)給出至少一個代表所述測量管(10)的振蕩的振蕩測量信號(s1、s2)，-其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)--至少暫時地給出驅(qū)動所述激勵系統(tǒng)(40)的激勵信號(iexc)，并且--借助所述至少一個振蕩測量信號(s1、s2)和/或借助所述激勵信號(iexc)至少暫時地生成至少一個測量值(Xx)，所述至少一個測量值(Xx)表示所述介質(zhì)的所述至少一個待測量的物理測量量，特別是所述質(zhì)量流量m、所述密度ρ、或者所述粘度η，以及-其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)根據(jù)所述至少一個振蕩測量信號(s1、s2)和/或根據(jù)所述激勵信號(iexc)反復(fù)地測定所述測量管(10)的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率fexcT，并且基于所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率fexcT監(jiān)視所述至少一個測量管的至少一個運行狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^T至少探 測在所述測量管上形成的覆蓋物的存在。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求2所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝 置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^T測定在所述測量管上形成的覆蓋物的程度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^T測定至少一個第一類狀態(tài)值，所述第一類狀態(tài)值至少把在所述測量管上 形成的覆蓋物的所述存在信號化。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求4所述的在線測量裝置，其中，由所述測量 裝置電子設(shè)備(2)測得的所述第一類狀態(tài)值表示在所述測量管上形成 的覆蓋物的程度，特別是所述覆蓋物的厚度或所述覆蓋物的質(zhì)量。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求5所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝 置電子設(shè)備(2)也參考所述介質(zhì)的密度p來測定至少所述第一類狀態(tài) 值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝 置電子設(shè)備(2)也參考所述介質(zhì)的粘度r/來測定所述第一類狀態(tài)值。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^T探測測量管的磨損。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求8所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^T測定在所述測量管上存在的磨損的程度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的在線測量裝置，其中，所述測量 裝置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^d 測定至少一個第二類狀態(tài)值，所述第二類狀態(tài)值至少把所述測量管的 磨損的存在信號化。
11. 根據(jù)上述權(quán)利要求IO所述的在線測量裝置，其中，由所述測 量裝置電子設(shè)備(2)測得的所述第二類狀態(tài)值表示在所述測量管上存 在的所述磨損的程度，特別是所述測量管的所述管壁的當前壁厚相對 于額定壁厚的減少程度。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的在線測量裝置，其中，所述假 想的扭轉(zhuǎn)振蕩軸被校準為基本平行于所述測量管(10)的慣性主軸。
13. 根據(jù)上述權(quán)利要求12所述的在線測量裝置，其中，所述假想 的扭轉(zhuǎn)振蕩軸基本與所述測量管(10)的慣性主軸重合。
14. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的在線測量裝置，其中，所述激 勵系統(tǒng)(40)使得所述測量管(10)在運行中至少暫時地和/或至少部 分地圍繞側(cè)向振蕩軸而處于側(cè)向振蕩中，特別是彎曲振蕩，所述側(cè)向 振蕩軸假想地相互連接所述測量管的輸入端和所述測量管的輸出端。
15. 根據(jù)上述權(quán)利要求14所述的在線測量裝置，其中，所述假想 的側(cè)向振蕩軸被校準為基本平行與所述扭轉(zhuǎn)振蕩軸。
16. 根據(jù)上述權(quán)利要求15所述的在線測量裝置，其中，所述假想 的側(cè)向振蕩軸基本與所述扭轉(zhuǎn)振蕩軸重合。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求14至16之一所述的在線測量裝置，其中， 所述激勵系統(tǒng)(40)使得所述測量管(10)在運行中交替地處于扭轉(zhuǎn)振蕩中或者側(cè)向振蕩中。
18. 根據(jù)上述權(quán)利要求14至17之一所述的在線測量裝置，其中，所述激勵系統(tǒng)(40)使得所述測量管(10)在運行中至少暫時地同時 處于扭轉(zhuǎn)振蕩中和側(cè)向振蕩中，從而這些扭轉(zhuǎn)振蕩和這些側(cè)向振蕩相 互疊加。
19. 根據(jù)上述權(quán)利要求14至18之一所述的在線測量裝置，其中， 所述測量裝置電子設(shè)備(2)根據(jù)所述至少一個振蕩測量信號(s,、 s2)和/或根據(jù)所述激勵信號(ieM)反復(fù)地測定所述測量管(10)的所述側(cè)向 振蕩的振蕩頻率fexcL。
20. 根據(jù)上述權(quán)利要求19所述的在線測量裝置，其中，所述至少 一個測量值(XJ是密度測量值，所述密度測量值表示所述介質(zhì)的待測量 的密度p，并且其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)基于所測得的所述側(cè)向振蕩的所述振蕩頻率fexcL生成所述至少一個測量值(Xx)。
21. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至19之一所述的在線測量裝置，其中所 述至少一個測量值(Xj是粘度測量值，所述粘度測量值表示所述介質(zhì)的待測量的粘度r 。
22. 根據(jù)上述權(quán)利要求21所述的在線測量裝置，其中，所述測量 裝置電子設(shè)備(2)基于所述測量管(10)的振蕩的取決于介質(zhì)的衰減，通過使用所述至少一個振蕩測量信號(S。 S2)和/或所述激勵信號(i^)， 來測定所述至少一個測量值(Xx)。
23. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的在線測量裝置，其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)基于所述測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的所述振蕩頻率f^T測定至少一個參考在所述測量管上形成的所述覆蓋物的校準值，并且 其中，所述測量裝置電子設(shè)備(2)也通過使用所述至少一個校正值來生成所述至少一個測量值(xo。
24. 用于監(jiān)測管壁的運行狀態(tài)的方法，所述管壁由至少暫時地流過的介質(zhì)接觸并且因此至少節(jié)段式地經(jīng)受了改變，借助具有振動式測 量傳感器(1)的在線測量裝置，特別是借助科里奧利質(zhì)量流量測量裝置，和與所述測量傳感器(1)電聯(lián)接的測量裝置電子設(shè)備(2)，所述方法包括下述步驟-讓所述介質(zhì)流經(jīng)所述測量傳感器(1)的至少一個測量管(10)， 所述測量管(10)與連接到所述測量傳感器且引導(dǎo)所述介質(zhì)的管路連通，以及把激勵信號(u供給到與所述測量管(10)機械地聯(lián)接的激勵系統(tǒng)(40)，以便使得所述測量管(10)圍繞假想地相互連接所述測 量管的輸入端和所述測量管的輸出端的扭轉(zhuǎn)振蕩軸而處于扭轉(zhuǎn)振蕩 中；-檢測所述測量管(10)的振動，以生成至少部分地表示了所述 測量管(10)的扭轉(zhuǎn)振蕩的至少一個振蕩測量信號(Si、 s2)，以及使用 所述至少一個振蕩測量信號(s^ S2)和/或所述激勵信號(i^)以測定所述 測量管(10)的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率f^T，以及-基于所測得的所述扭轉(zhuǎn)振蕩的振蕩頻率fexeT生成代表所述管壁 的運行狀況的狀態(tài)值。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述狀態(tài)值至少把所述 管壁的至少一段上的覆蓋物的存在信號化。
26. 根據(jù)上述權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述狀態(tài)值表示在 所述管壁上至少節(jié)段式地形成的覆蓋物的程度，特別是所述覆蓋物的 厚度或者所述覆蓋物的質(zhì)量。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述狀態(tài)值至少把所述 管壁的至少一段上的磨損的存在信號化。
28. 根據(jù)上述權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述狀態(tài)值表示在 管壁上至少節(jié)段式地存在的所述磨損的程度，特別是所述管壁的當前 壁厚相對于額定壁厚的減少程度。
29. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中所述管壁的被監(jiān)視 的段至少部分地延伸經(jīng)過所述測量管。
30. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所述管壁的被監(jiān) 視的段至少部分地延伸經(jīng)過在所述測量傳感器上連接的所述管路。
全文摘要
本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種在線測量裝置，具有振動式測量傳感器(1)，特別是科里奧利質(zhì)量流量測量裝置/密度測量裝置和/或粘度測量裝置，其一方面適合于特別精確地測量待測量的物理測量量，特別是質(zhì)量流量、密度和/或粘度，并且其另一方面能夠至少在超過最小覆蓋物厚度時探測在所述測量管(10)上形成的覆蓋物。本發(fā)明的另一個任務(wù)在于，給出一種相應(yīng)的方法，使得能夠可靠地探測和/或足夠精確地測量在測量管(10)上形成的覆蓋物。此外本發(fā)明的任務(wù)在于，監(jiān)測可能會在接觸介質(zhì)的管壁特別是連接到測量傳感器的管路上出現(xiàn)的覆蓋物沉積。
文檔編號G01F25/00GK101305268SQ200680039230
公開日2008年11月12日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者沃爾夫?qū)さ吕漳? 邁克爾·富克斯, 阿爾弗雷德·里德 申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司