WO2005057137A9 - Coriolis mass flowmeter - Google Patents

Coriolis mass flowmeter

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    • G01N2009/006Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork

Definitions

  • the vibrations of the measuring tube are therefore detected by means of two vibration sensors of the aforementioned sensor arrangement which are spaced apart from one another along the measuring tube and converted into vibration measuring signals from whose mutual phase shift the mass flow is derived.
  • this comprises the following further steps:
  • this comprises the following further steps:
  • the measuring device electronics 50 comprise a corresponding driver circuit 53 which is controlled by a frequency control signal y FM representing the excitation frequency f exc to be set and by an amplitude control signal y AM representing the amplitude of the excitation current i exc to be set .
  • the driver circuit can be implemented, for example, by means of a voltage-controlled oscillator and a downstream voltage-to-current converter; Instead of an analog oscillator, for example, a numerically controlled digital oscillator can also be used to set the excitation current i exc .

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Abstract

Disclosed is a Coriolis mass flowmeter/density meter comprising at least one measuring tube (11) through which a two-phase or multiphase medium flows during operation thereof. A supporting means (12) of the Coriolis mass flowmeter/density meter is fixed to an inlet end and an outlet end of the measuring tube (11), thus clamping the same so as to allow the measuring tube (11) to vibrate. The measuring tube (11) is made to vibrate mechanically, particularly to perform bending vibrations, by means of an excitation system (13). The inventive Coriolis mass flowmeter/density meter further comprises means (141, 142) for generating test signals (xs1, xs2 ) representing vibrations at the inlet end and outlet end of the measuring tube (11). An electronic evaluation unit (2) generates an intermediate value (X'm) that is derived from the test signals (xs1, xs2) and represents a tentatively determined mass flow rate as well as a second intermediate value (X2) derived from the test signals (xs1, xs2), especially from a measured value (Xρ) which is also generated in the electronic evaluation unit (2) and represents a density of the medium, said second intermediate value (X2) representing a measure of a concentration of a phase in the medium. A corrected value (XK) for the first intermediate value (X'm) is determined using the second intermediate value (X2), said corrected value (XK ) being selected among a plurality of predefined values stored in a table memory (56) by means of the intermediate value (X2). The electronic evaluation unit (2) additionally generates a measured value (Xm) representing a mass flow rate with the aid of the intermediate value (X'm) and the corrected value (XK).

Description

Beschreibung Coriolis-Massedurchfluß-MeßgerätDescription Coriolis mass flow meter
[0001] Die Erfindung betrifft einen Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemesser für ein in einer Rohrleitung strömendes, insb. zwei- oder mehrphasiges, Medium sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines einen Massedurchfluß repräsentierenden Meßwerts.The invention relates to a Coriolis mass flow / density meter for a flowing in a pipeline, in particular. Two or more phases, medium and a method for generating a measured value representing a mass flow.
[0002] In der Prozeß-Meß- und Automatisierungstechnik werden für die Messung physikalischer Parameter eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, wie z.B. dem Massedurchfluß, der Dichte und/oder der Viskosität, oftmals solche Meßgeräte verwendet, die mittels eines in den Verlauf der fluidführenden Rohrleitung eingesetzten, im Betrieb vom Fluid durchströmten Meßaufnehmers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen Meß- und Betriebsschaltung, im Fluid Reaktionskräfte, wie z.B. mit dem Massedurchfluß korrespondierende Corioliskräfte, mit der Dichte korrespondierende Trägheitskräfte oder mit der Viskosität korrespondierende Reibungskräfte etc., bewirken und von diesen abgeleitet ein den jeweiligen Massedurchfluß, ein die jeweilige Viskosität und/oder ein die jeweilige Dichte des Fluids repräsentierendes Meßsignal erzeugen. Derartige Meßaufnehmer vom Vibrationstyp sind z.B. in der WO-A 03/076880, der WO-A 02/37063, der WO-A 01/33174, der WO-A 00/57141, der WO-A 99/39164, der WO-A 98/07009, der WO-A 95/16897, der WO-A 88/03261 , der US 2003/0208325, der US-B 65 13 393, der US-B 65 05 519, der US-A 60 06 609, der US-A 58 69 770, der US-A 57 96 011 , der US-A 56 02 346, der US-A 53 01 557, der US-A 52 59250, der US-A 52 18 873, der US-A 50 69 074, der US-A 50 29 482, der US-A 48 76 898, der US-A 47 33 569, der US-A 46 60 421 , der US-A 4524 610, der US-A 44 91 025, der US-A 41 87 721, der EP-A 553 939, der EP-A 1 001 254 oder der EP-A 1 281 938 beschrieben.In process measurement and automation technology for measuring physical parameters of a fluid flowing in a pipeline, such as e.g. the mass flow rate, the density and / or the viscosity, often used such measuring devices, which by means of a vibration-type measuring sensor inserted into the course of the fluid-carrying pipeline and flowed through by the fluid during operation and a measuring and operating circuit connected to it, in the fluid reaction forces, e.g. Coriolis forces corresponding to the mass flow rate, inertia forces corresponding to the density or friction forces corresponding to the viscosity, etc., and derived from these, generate the respective mass flow rate, a measurement signal representing the respective viscosity and / or the respective density of the fluid. Such vibration type sensors are e.g. in WO-A 03/076880, WO-A 02/37063, WO-A 01/33174, WO-A 00/57141, WO-A 99/39164, WO-A 98/07009, the WO-A 95/16897, WO-A 88/03261, US 2003/0208325, US-B 65 13 393, US-B 65 05 519, US-A 60 06 609, US-A 58 69,770, US-A 57 96 011, US-A 56 02 346, US-A 53 01 557, US-A 52 59250, US-A 52 18 873, US-A 50 69 074, US-A 50 29 482, US-A 48 76 898, US-A 47 33 569, US-A 46 60 421, US-A 4524 610, US-A 44 91 025, US A 41 87 721, EP-A 553 939, EP-A 1 001 254 or EP-A 1 281 938.
[0003] Zum Führen des Fluids umfassen die Meßaufnehmer jeweils mindestens ein in einem, beispielsweise röhr- oder kastenförmigen, Tragrahmen gehaltertes Meßrohr mit einem gebogenen oder geraden Rohrsegment, das zum Erzeugen oben genannter Reaktionskräfte, angetrieben von einer elektro-mechanischen Erregeranordnung, im Betrieb vibrieren gelassen wird. Zum Erfassen, insb. einlassseitiger und auslaßseitiger, Vibrationen des Rohrsegments weisen die Meßaufnehmer ferner jeweils eine auf Bewegungen des Rohrsegments reagierende physikalisch-elektrische Sensoranordnung auf. Bei Coriolis-Massedurchflußmessem für ein in einer Rohrleitung strömendes Medium beruht die Messung des Massedurchflusses beispielsweise darauf, daß das Medium durch das in Rohrleitung eingefügte und im Betrieb schwingende Meßrohr strömen gelassen wird, wodurch das Medium Corioliskräfte erfährt. Diese wiederum bewirken, daß einlaßseitige und auslaßseitige Bereiche des Meßrohrs zueinander phasenverschoben schwingen. Die Größe dieser Phasenverschiebungen dient als ein Maß für den Massedurchfluß. Die Schwingungen des Meßrohrs werden daher mittels zweier entlang des Meßrohres voneinander beabstandeter Schwingungssensoren der vorgenannten Sensoranordnung erfaßt und in Schwingungsmeßsignale gewandelt, aus deren gegenseitiger Phasenverschiebung der Massedurchfluß abgleitet wird.For guiding the fluid, the sensors each comprise at least one measuring tube held in a, for example tubular or box-shaped, support frame with a curved or straight tube segment, which vibrate to generate the above-mentioned reaction forces, driven by an electro-mechanical excitation arrangement, during operation calmly becomes. In order to detect vibrations of the pipe segment, especially on the inlet and outlet sides, the measuring sensors also each have a physical-electrical sensor arrangement which reacts to movements of the pipe segment. In Coriolis mass flowmeters for a medium flowing in a pipeline, the measurement of the mass flow is based, for example, on the fact that the medium is allowed to flow through the measuring tube which is inserted into the pipeline and vibrates during operation, as a result of which the medium experiences Coriolis forces. These in turn cause the inlet-side and outlet-side regions of the measuring tube to oscillate out of phase with one another. The size of these phase shifts serves as a measure of mass flow. The vibrations of the measuring tube are therefore detected by means of two vibration sensors of the aforementioned sensor arrangement which are spaced apart from one another along the measuring tube and converted into vibration measuring signals from whose mutual phase shift the mass flow is derived.
[0004] Bereits die eingangs referierte US-A 41 87 721 erwähnt, daß mit Coriolis-Massedurchflußmessern üblicherweise auch die momentane Dichte des strömenden Mediums meßbar ist, und zwar anhand einer Frequenz wenigstens eines der von der Sensoranordnung gelieferten Schwingungsmeßsignale. Überdies wird zumeist auch eine Temperatur des Fluids in geeigneter Weise direkt gemessen, beispielsweise mittels eines am Meßrohr angeordneten Temperatursensors. Es kann daher ohne weiteres vorausgesetzt werden, daß - selbst wenn nicht ausdrücklich beschrieben - mittels moderner Coriolis-Massendurchfluß-Meßgeräte jedenfalls auch Dichte und Temperatur des Mediums gemessen werden, zumal diese bei der Massendurchflußmessung ohnehin zur Kompensation von Meßfehlern infolge schwankender Fluiddichte stets heran zu ziehen sind, vgl. hierzu insb. die bereits erwähnten WO-A 02/37063, WO-A 99/39164, US-A 56 02 346 oder auch die WO-A 00/36379.The initially cited US-A 41 87 721 mentions that with Coriolis mass flow meters the instantaneous density of the flowing medium can usually also be measured, based on a frequency of at least one of the vibration measurement signals supplied by the sensor arrangement. In addition, a temperature of the fluid is usually also measured directly in a suitable manner, for example by means of a temperature sensor arranged on the measuring tube. It can therefore be assumed without further ado that - even if not expressly described - the density and temperature of the medium are measured using modern Coriolis mass flowmeters, especially since they are always used in the mass flow measurement to compensate for measurement errors due to fluctuating fluid density are, cf. in particular the already mentioned WO-A 02/37063, WO-A 99/39164, US-A 56 02 346 or also WO-A 00/36379.
[0005] Bei der Verwendung von Meßaufnehmern der beschriebenen Art hat es sich jedoch gezeigt, daß bei inhomogenen Medien, insb. zwei- oder mehrphasigen Fluiden, die von den Schwingungen des Meßrohrs abgeleiteten Schwingungsmeßsignale, insb. auch die erwähnte Phasenverschiebung, trotz dem Viskosität und Dichte in den einzelnen Fluidphasen sowie auch der Massendurchfluß praktisch konstantgehalten und/oder entsprechend mitberücksichtigt werden, in erheblichem Maße Schwankungen unterliegen und so ggf. für die Messung des jeweiligen physikalischen Parameters ohne abhelfende Maßnahmen völlig unbrauchbar werden können. Solche inhomogenen Medien können beispielsweise Flüssigkeiten sein, in die, wie bei Dosier- oder Abfüllprozessen praktisch unvermeidbar, ein in der Rohrleitung vorhandenes Gas, insb. Luft, eingetragen ist oder aus denen ein gelöstes Fluid, z.B. Kohlendioxid, ausgast und zur Schaumbildung führt. Als ein weiteres Beispiel für solche inhomogenen Medien sei ferner noch Naßoder Sattdampf genannt. Bereits in der US-A 4524 610 wird eine mögliche Ursache diesesWhen using sensors of the type described, it has been shown, however, that with inhomogeneous media, in particular two-phase or multi-phase fluids, from the vibrations of the measuring tube derived vibration measurement signals, in particular the phase shift mentioned, despite the viscosity and density in the individual fluid phases and also the mass flow being kept practically constant and / or taken into account accordingly, are subject to considerable fluctuations and so, if necessary, for the measurement of the respective physical parameter without remedial action Measures can become completely unusable. Such inhomogeneous media can, for example, be liquids into which, as is practically unavoidable in metering or filling processes, a gas present in the pipeline, in particular air, is introduced or from which a dissolved fluid, for example carbon dioxide, is outgassed and leads to foam formation. Another example of such inhomogeneous media is wet or saturated steam. Already in US-A 4524 610 a possible cause of this
Problems für den Betrieb von Vibrationstyp-Meßaufnehmern angedeutet, nämlich der Umstand, daß sich vom Fluid in das Meßrohr eingetragene Inhomogenitäten, wie z.B. Gasblasen, an dessen Innenwand anlagern und so das Schwingungsverhalten in erheblichem Maße beeinflussen können. Zur Umgehung des Problems wird weiters vorgeschlagen, den Meßaufnehmer so einzubauen, daß das gerade Meßrohr im wesentlichen senkrecht verläuft und somit ein Anlagern solcher störender, insb. gasförmiger, Inhomogenitäten verhindert wird. Hierbei handelt es sich jedoch um eine sehr spezielle und, insb. in der industriellen Prozeßmeßtechnik, nur sehr bedingt realisierbare Lösung. Zum einen müßte nämlich für diesen Fall die Rohrleitung, in die der Meßaufnehmer eingefügt werden soll, ggf. an diesen angepaßt werden und nicht umgekehrt, was dem Anwender wohl eher nicht zu vermitteln ist. Zum anderen kann es sich bei den Meßrohren, wie bereits erwähnt, auch um solche mit einer gekrümmten Rohrform handeln, so daß das Problem auch durch eine Anpassung der Einbaulage nicht gelöst werden kann. Es hat sich hierbei außerdem gezeigt, daß die vorgenannten Verfälschungen des Meßsignals auch bei Verwendung eines senkrecht eingebauten, geraden Meßrohrs nicht wesentlich verringert werden können. Außerdem lassen sich die im weiteren festgestellten Schwankungen des so erzeugten Meßsignals bei strömendem Fluid auf diese Weise ebenfalls nicht verhindern.Problems for the operation of vibration type sensors are indicated, namely the fact that inhomogeneities introduced by the fluid into the measuring tube, such as gas bubbles, accumulate on its inner wall and can thus have a considerable influence on the vibration behavior. In order to circumvent the problem, it is further proposed to install the measuring sensor in such a way that the straight measuring tube runs essentially vertically and thus prevents such disturbing, in particular gaseous, inhomogeneities from accumulating. However, this is a very special and, particularly in industrial process measurement technology, only very limitedly feasible solution. On the one hand, the pipeline into which the measuring sensor is to be inserted would have to be adapted to the latter, and not vice versa, which is probably not something that the user can get across. On the other hand, as already mentioned, the measuring tubes can also be those with a curved tube shape, so that the problem cannot be solved even by adapting the installation position. It has also been shown here that the aforementioned falsifications of the measurement signal cannot be significantly reduced even when using a vertically installed, straight measuring tube. Let also the fluctuations of the measurement signal thus generated with flowing fluid cannot be prevented in this way either.
[0007] Ähnliche Ursachen sowie auch deren Auswirkungen auf die Meßgenauigkeit bei der Bestimmung des Massendurchflusses sind beispielsweise auch in der JP-A 10-281846, der WO-A 03/076880, der US-A 52 59 250, der US-A 50 29482 oder der US-B 65 05 519 diskutiert worden. Während zur Verringerung der mit zwei- oder mehrphasigen Fluiden einhergehenden Meßfehler in der WO-A 03/076880 eine der eigentlichen Durchflußmessung vorausgehende Strömungs- bzw. Fluidkonditionierung vorgeschlagen ist, wird beispielsweise sowohl in der JP-A 10-281846 als auch in der US-B 65 05 519 jeweils eine Korrektur der auf den Schwingungsmeßsignalen beruhenden Durchflußmessung, insb. der Massendurchflußmessung, vorgeschlagen, beispielsweise unter Verwendung vorab trainierter, ggf. auch adaptiver Klassifikatoren für die Schwingungsmeßsignale. Die Klassifikatoren können beispielsweise als Kohonen-Karte oder Neuronales Netzwerk ausgelegt sein und die Korrektur entweder anhand einiger weniger im Betrieb gemessener Parametern, insb. dem Massedurchfluß und der Dichte, sowie weiteren davon abgeleiteten Merkmalen oder auch unter Verwendung eines eine oder mehrere Schwingungsperioden einschließenden Intervalls der Schwingungsmeßsignale vornehmen.Similar causes as well as their effects on the measurement accuracy when determining the mass flow are, for example, also in JP-A 10-281846, WO-A 03/076880, US-A 52 59 250, US-A 50 29482 or US-B 65 05 519 have been discussed. While a flow or fluid conditioning prior to the actual flow measurement is proposed in WO-A 03/076880 to reduce the measurement errors associated with two-phase or multi-phase fluids, both JP-A 10-281846 and US Pat. B 65 05 519 proposes in each case a correction of the flow measurement based on the vibration measurement signals, in particular the mass flow measurement, for example using previously trained, possibly also adaptive classifiers for the vibration measurement signals. The classifiers can be designed, for example, as a Kohonen map or neural network and the correction can be based either on a few parameters measured during operation, in particular the mass flow and density, and other features derived therefrom, or also using an interval of one or more oscillation periods Carry out vibration measurement signals.
[0008] Die Verwendung eines solchen Klassifikators birgt beispielsweise den Vorteil, daß im Vergleich zu herkömmlichen Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemessern am Meßaufnehmer keine oder nur sehr geringfügige Änderungen vorgenommen werden müssen, sei es am mechanischen Aufbau, an der Erregeranordnung oder der diese steuernden Betriebsschaltung, die der speziellen Anwendung besonders angepaßt sind.The use of such a classifier has, for example, the advantage that compared to conventional Coriolis mass flow / density meters on the sensor no or only very slight changes need to be made, be it the mechanical structure, the excitation arrangement or the operating circuit controlling it that are specially adapted to the specific application.
[0009] Allerdings besteht ein erheblicher Nachteil solcher Klassifikatoren u.a. darin, daß im Vergleich zu herkömmlichen Coriolis-Massedurchflußmessem erhebliche Änderungen im Bereich der Meßwerterzeugung vor allem hinsichtlich der verwendeten Analog-zu-Digital-Wandler und der Mikroprozessoren erforderlich sind. Wie nämlich auch in der US-B 65 05 519 beschrieben, ist für eine derartige Signalauswertung beispielsweise bei der Digitalisierung der Schwingungsmeßsignale, die eine Schwingungsfrequenz von etwa 80 Hz aufweisen können, eine Abtastrate von etwa 55 kHz oder mehr für eine ausreichende Genauigkeit erforderlich. Anders gesagt, die Schwingungsmeßsignale sind mit einem Abtastverhältnis von weit über 600:1 abzutasten. Überdies fällt auch die in der digitalen Meßschaltung gespeicherte und ausgeführte Firmware entsprechend komplex aus.However, there is a considerable disadvantage of such classifiers, inter alia, that in comparison to conventional Coriolis mass flow meters, considerable changes in the area of measured value generation, especially with regard to the ones used Analog-to-digital converters and the microprocessors are required. As described in US-B 65 05 519, a sampling rate of approximately 55 kHz or more is required for sufficient accuracy for such a signal evaluation, for example when digitizing the vibration measurement signals, which may have an oscillation frequency of approximately 80 Hz. In other words, the vibration measurement signals are to be sampled with a sampling ratio of well over 600: 1. In addition, the firmware stored and executed in the digital measuring circuit is correspondingly complex.
[0010] Ein weiterer Nachteil solcher Klassifikatoren ist auch darin zu sehen, daß sie auf die im Betrieb des Meßaufnehmers tatsächlich vorherrschenden Meßbedingungen, sei es die Einbausituation, das zu messende Fluid und dessen zumeist veränderlichen Eigenschaften oder andere die Meßgenauigkeit beeinflussende Faktoren, trainiert und entsprechend validiert werden müssen. Aufgrund der hohen Komplexität des Zusammenspiels aller dieser Faktoren kann das Training und dessen Validierung abschließend zumeist nur vor Ort und für jeden Meßaufnehmer indivduell erfolgen, was wiederum einen erheblichen Aufwand bei der Inbetriebnahme des Meßaufnehmers zur Folge hat. Im übrigen hat es sich auch gezeigt, daß derartige Klassifikations-Algorithmen, einerseits aufgrund der hohen Komplexität, andererseits infolgedessen, daß zumeist ein entsprechendes physikalisch-mathematisches Modells mit technisch relevanten oder nachvollziehbaren Parameter nicht explizit vorhanden ist, Klassifikatoren eine sehr geringe Transparenz aufweisen und somit oftmals schwer vermittelbar sind. Damit einhergehend können ohne weiteres erhebliche Vorbehalte beim Kunden auftreten, wobei solche Akzeptanzprobleme beim Kunden insb. dann auftreten können, wenn es sich beim verwendeten Klassifikator zu dem um einen selbst adaptierenden, beispielsweise ein Neuronales Netzwerk, handelt.Another disadvantage of such classifiers can be seen in the fact that they train and accordingly on the measurement conditions actually prevailing in the operation of the sensor, be it the installation situation, the fluid to be measured and its mostly variable properties or other factors influencing the measurement accuracy must be validated. Due to the high complexity of the interaction of all of these factors, the training and its validation can usually only be carried out individually on site and for each sensor, which in turn entails a considerable effort when commissioning the sensor. In addition, it has also been shown that such classification algorithms, on the one hand due to the high level of complexity, and on the other hand as a result of the fact that there is usually no corresponding physical-mathematical model with technically relevant or comprehensible parameters, classifiers have very little transparency and thus are often difficult to convey. In connection with this, considerable reservations can easily occur at the customer, whereby such acceptance problems can occur at the customer, in particular, if the classifier used is a self-adapting one, for example a neural network.
[0011] Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen entsprechenden Coriolis-Massendurchflußmesser anzugeben, der auch bei inhomogenen, insb. mehrphasigen, Fluiden den Massendurchfluß genau mißt. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Verfahren für die Erzeugung des Meßergebnisses anzugeben. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in einemIt is therefore an object of the invention to provide a corresponding Coriolis mass flow meter which measures the mass flow precisely even with inhomogeneous, in particular multiphase, fluids. A Another task is to specify a corresponding method for generating the measurement result. To achieve this object, the invention consists in one
Coriolis-Massedurchflußmesser, insb. Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichte messer, zum Messen eines Massedurchflusses eines zwei- oder mehrphasigen Mediums, das in einer Rohrleitung strömt, welcherCoriolis mass flow meter, esp. Coriolis mass flow / density meter, for measuring a mass flow of a two-phase or multi-phase medium flowing in a pipeline, which
Coriolis-Massedurchflußmesser umfaßt: mindestens ein in den Verlauf der Rohrleitung eingesetztes Meßrohr, das im Betrieb vom Medium durchströmt ist, ein Trägermittel, das an einem einlaßseitigen Ende und einem auslaßseitigen Ende des Meßrohrs fixiert ist und dieses somit schwingfähig einspannt, eine Erregeranordnung, die das Meßrohr im Betrieb in mechanischeCoriolis mass flow meter comprises: at least one measuring tube inserted in the course of the pipeline, through which the medium flows during operation, a carrier means which is fixed to an inlet-side end and an outlet-side end of the measuring tube and thus clamps it so that it can vibrate, an exciter arrangement which Measuring tube in operation in mechanical
Schwingungen, insb. Biegeschwingungen, versetzt,Vibrations, especially bending vibrations, offset,
Schwingungsensoren zum Erzeugen eines einlaßseitige Schwingungen des Meßrohrs repräsentierenden erstenVibration sensors for generating a first representing vibrations of the measuring tube on the inlet side
Schwingungsmeßsignals sowie eines auslaßseitige Schwingungen des Meßrohrs repräsentierenden zweiten Schwingungsmeßsignals, sowie eine Meß- und Betriebs-Elektronik, die einen die Erregeranordnung treibenden Erregerstrom und einen Massedurchfluß-Meßwert liefert, der einen zu messendenVibration measurement signal and a second vibration measurement signal representing outlet-side vibrations of the measuring tube, as well as measurement and operating electronics which deliver an excitation current driving the excitation arrangement and a mass flow measurement value which provides one to be measured
Massedurchfluß repräsentiert, wobei die Meß- und Betriebs-Elektronik einen von den Schwingungsmeßsignalen abgeleiteten, mit dem zu messenden Massedurchfluß korrespondierenden ersten Zwischenwert und einen Korrekturwert für den ersten Zwischenwert erzeugt, sowie anhand des ersten Zwischenwerts und des Korrekturwerts denMass flow represents, wherein the measuring and operating electronics generates a first intermediate value derived from the vibration measurement signals, which corresponds to the mass flow to be measured, and a correction value for the first intermediate value, and the first intermediate value and the correction value
Massedurchfluß-Meßwert ermittelt, wobei die Meß- und Betriebs-Elektronik den Korrekturwert unterMass flow measured value determined, the measuring and operating electronics under the correction value
Verwendung wenigstens eines zweiten Zwischenwerts erzeugt, der von wenigstens einem der Schwingungsmeßsignale und/oder vomUse of at least one second intermediate value generated by at least one of the vibration measurement signals and / or by
Erregerestrom abgeleitet ist, und [0027] der ein Maß für einen Anteil einer Phase des Mediums repräsentiert,Excitation current is derived, and [0027] which represents a measure for a portion of a phase of the medium,
[0028] wobei die Meß- und Betriebs-Elektronik[0028] the measuring and operating electronics
[0029] einen Tabellenspeicher aufweist, in dem eine Vielzahl diskreter Vorg abewerte für den Korrekturwert digital abgespeichert ist, und[0029] has a table memory in which a multiplicity of discrete default values for the correction value are stored digitally, and
[0030] zur Ermittlung des Korrekturwert einen der Vorgabewerte verwendet, der unter Verwendung des zweiten Zwischenwerts aus dem Tabellenspeicher ausgelesen ist.To determine the correction value one of the default values is used, which is read out from the table memory using the second intermediate value.
[0031] Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Erzeugen eines eine physikalische Meßgröße repräsentierenden Messwerts, insb. eines Massedurchfluß-Meßwerts, der einen Massedurchfluß eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums repräsentiert, mittels eines Coriolis-Massedurchflußmessers, insb. Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemessers, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:Furthermore, the invention consists in a method for generating a measured value representing a physical measured variable, in particular a mass flow measured value which represents a mass flow of a medium flowing in a pipeline, by means of a Coriolis mass flow meter, in particular Coriolis mass flow / Density meter, which method comprises the following steps:
[0032] Bewirken von Schwingungen, insb. Biegeschwingungen, eines vom Medium durchströmten Messrohrs des Coriolis-Massedurchflußmessers,Causing vibrations, in particular bending vibrations, of a measuring tube of the Coriolis mass flow meter through which the medium flows,
[0033] Erfassen der Schwingungen des Meßrohrs und Erzeugen eines einlaßseitige Schwingungen repräsentierenden ersten Schwingungsmeßsignals und eines auslaßseitige Schwingungen repräsentierenden zweiten Schwingungsmeßsignals,[0033] detecting the vibrations of the measuring tube and generating a first vibration measurement signal representing inlet-side vibrations and a second vibration measurement signal representing outlet-side vibrations,
[0034] Entwickeln eines mit der physikalischen Meßgröße, insb. dem Massedurchfluß, korrespondierenden ersten Zwischenwertes unter Verwendung der beiden Schwingungsmeßsignale,Development of a first intermediate value corresponding to the physical measured variable, in particular the mass flow rate, using the two vibration measurement signals,
[0035] Ermitteln eines zweiten Zwischenwerts, insb. unter Verwendung wenigstens eines der beiden Schwingungsmesssignale,[0035] determining a second intermediate value, in particular using at least one of the two vibration measurement signals,
[0036] Erzeugen eines Korrekturwertes für den Zwischenwert mittels des zweiten Zwischenwerts, der ein Maß für einen Anteil einer Phase des Mediums repräsentiert, sowieGenerating a correction value for the intermediate value by means of the second intermediate value, which represents a measure for a portion of a phase of the medium, and
[0037] Korrigieren des Zwischenwertes mittels des Korrekturwertes,Correcting the intermediate value by means of the correction value,
[0038] wobei der Korrekturwert unter Verwendung des zweiten Zwischenwerts und unter Verwendung eines Tabellenspeichers, in dem eine Vielzahl diskreter Vorgabewerte für den Korrekturwert digital abgespeichert ist, dadurch ermittelt wird, daß der momentan zu verwendende Vorgabewert für den Korrekturwert anhand des zweiten Zwischenwerts identifiziert und aus dem Tabellenspeicher ausgelesen wird.Wherein the correction value is determined using the second intermediate value and using a table memory in which a large number of discrete default values for the correction value are digitally determined by identifying the currently used default value for the correction value based on the second intermediate value and is read from the table memory.
[0039] Nach einer ersten Ausgestaltung des Coriolis-Massedurchflußmesser der Erfindung liefert die Auswerte-Elektronik einen vom ersten und/oder vom zweiten Schwingungsmeßsignal abgeleiteten, einen Massendurchfluß des Mediums repräsentierenden Massedurchfluß -Meßwert.According to a first embodiment of the Coriolis mass flow meter of the invention, the evaluation electronics deliver a mass flow measurement value derived from the first and / or from the second vibration measurement signal and representing a mass flow of the medium.
[0040] Nach einer zweiten Ausgestaltung des Coriolis-Massedurchflußmesser der ErfindungIn a second embodiment of the Coriolis mass flow meter of the invention
[0041] liefert die Auswerte-Elektronik einen vom ersten und/oder vom zweiten Schwingungsmeßsignal abgeleiteten, eine Dichte des Mediums repräsentierenden Dichte-Meßwert undThe evaluation electronics supplies a density measurement value, which is derived from the first and / or the second vibration measurement signal and represents a density of the medium
[0042] bestimmt die Auswerte-Elektronik den Korrekturwert unter Verwendung des Dichte-Meßwerts.The evaluation electronics determine the correction value using the density measurement value.
[0043] Nach einer dritten Ausgestaltung des Coriolis-Massedurchflußmesser der Erfindung ermittelt die Auswerte-Elektronik anhand des des zweiten Zwischenwerts eine Speicheradresse für einen im Tabellenspeicher abgespeicherten, als momentaner Korrekturwert dienenden Vorgabewert.[0043] According to a third embodiment of the Coriolis mass flow meter of the invention, the evaluation electronics determine, based on the second intermediate value, a memory address for a default value stored in the table memory and serving as a current correction value.
[0044] Nach einer vierten Ausgestaltung des Coriolis-Massedurchflußmesser der Erfindung ist der zweite Zwischenwert anhand einer zumindest für ein vorgegebenes Zeitintervall ermittelte Streuung einer Amplitude des Erregerstroms, einer Amplitude der Schwingungsmeßsignale, einer Schwingungsfrequenz der Schwingungsmeßsignale, einer gemessenen Dichte und/oder des ersten Zwischenwerts ermittelt ist.According to a fourth embodiment of the Coriolis mass flow meter of the invention, the second intermediate value is based on a scatter, ascertained at least for a predetermined time interval, of an amplitude of the excitation current, an amplitude of the vibration measurement signals, an oscillation frequency of the vibration measurement signals, a measured density and / or the first intermediate value is determined.
[0045] Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst dieses folgende weiteren Schritte:According to a first embodiment of the method of the invention, this comprises the following further steps:
[0046] Entwickeln eines eine Dichte des Mediums repräsentierenden zweiten Meßwerts anhand der Meßsignale undDevelopment of a second measured value representing a density of the medium on the basis of the measurement signals and
[0047] Entwickeln eines Korrekturwertes unter Verwendung des zweiten Meßwerts.Developing a correction value using the second measured value.
[0048] Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung umfasst dieses folgende weiteren Schritte:According to a second embodiment of the method of the invention, this comprises the following further steps:
[0049] Fließenlassen eines Erregerestroms durch eine mit dem Messrohr mechanisch gekoppelte elektro-mechanische Erregeranordnung zum Bewirken von Schwingungen des Meßrohrs, und [0050] Ermitteln eines zweiten Zwischenwerts unter Berücksichtigung des Erregerestroms.Allowing an excitation current to flow through an electro-mechanical excitation arrangement mechanically coupled to the measuring tube for causing vibrations of the measuring tube, and [0050] Determining a second intermediate value taking into account the excitation current.
[0051] Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung repräsentiert der zweite Zwischenwert wenigstens eine für ein vorgegebenes Zeitintervall ermittelte Streuung eines für das in der Rohrleitung strömende Mediums ermittelten Messwerts, insb. eines gemessenen Massedurchflusses, einer gemessenen Dichte oder einer gemessenen Viskosität, und/oder eine für ein vorgegebenes Zeitintervall ermittelte Streuung eines Betriebsparameters des Coriolis-Massedurchflußmessers, insb. einer Amplitude der Schwingungsmeßsignale oder einer Schwingungsfrequenz der Schwingungsmeßsignale.According to a third embodiment of the method of the invention, the second intermediate value represents at least one scatter, determined for a predetermined time interval, of a measured value determined for the medium flowing in the pipeline, in particular a measured mass flow, a measured density or a measured viscosity, and / or a scattering of an operating parameter of the Coriolis mass flow meter, in particular an amplitude of the vibration measurement signals or a vibration frequency of the vibration measurement signals, determined for a predetermined time interval.
[0052] Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Korrekturwert für die Korrektur des im wesentlichen auf herkömmliche Weise bestimmten, den Massendurchfluß vorläufig repräsentierenden ersten Zwischenwerts, einerseits vorab vergleichsweise einfach aber sehr genau ermittelt werden kann. Andereseits kann der Korrekturwert sehr rasch an sich ändernde Bedingungen im zu messenden Medium, insb. sich änderende Konzentrationsverhältnisse, angepasst werden, da zu dessen Ermittlung nur sehr wenig Rechenoperation erforderlich sind. Daher müssen beim erfindungsgemäßen Coriolis-Massendurchflußmesser im Vergleich zu einem herkömmlichen Coriolis-Massendurchflußmesser lediglich bei der üblicherweise digitalen Auswerte-Elektronik geringfügige, im wesentlichen auf die Firmware beschränkte Änderungen vorgenommen werden, während sowohl beim Meßaufnehmer wie auch bei der Erzeugung und Vorverarbeitung der Schwingungsmeßsignale keine oder nur eher geringfügige Änderungen erforderlich sind. So können beispielsweise auch die Schwingungsmeßsignale nach wie vor mit einem üblichen Abtastverhältnis von weit unter 100:1, insb. von etwa 10:1, abgetastet werden.An advantage of the invention is that the correction value for the correction of the first intermediate value, which is essentially determined in a conventional manner and temporarily represents the mass flow rate, can be determined beforehand comparatively simply but very precisely. On the other hand, the correction value can be adapted very quickly to changing conditions in the medium to be measured, in particular changing concentration ratios, since very little arithmetic operation is required to determine it. Therefore, in the Coriolis mass flow meter according to the invention, in comparison to a conventional Coriolis mass flow meter, only minor changes, essentially limited to the firmware, have to be made only in the usually digital evaluation electronics, while none or both in the measuring sensor and in the generation and preprocessing of the vibration measurement signals only minor changes are required. For example, the vibration measurement signals can still be sampled with a usual sampling ratio of well below 100: 1, in particular approximately 10: 1.
[0053] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist zudem darin zusehen, daß, insb. auch im Gegensatz zu dem in der US-B 65 05 519 beschriebenen Coriolis-Massedurchflußmeßgerät, stets praktisch dasselbe Auswerteverfahren für die Ermittlung des Messwerts ausgeführt werden kann, da das erfindungsgemäße Auswerteverfahren auch trotz sich signifikant ändernder Strömungsverhältnisse im Meßrohr, beispielsweise aufgrund eines zeitweise zwei- oder mehrphasigen Mediums und/oder eines zeitweise aus meheren Komponenten bestehendnen Mediums, ggf. auch mit variierenden Konzentrationen der einzelen Phasen und/oder Komponenten, durch immer wiederkeherende Auswahl der aktuell jeweils am meisten geeigneten Koeffizienten aus dem Tabellenspeicher auf sehr einfache Weise an die momentanen Strömungsverhältnisse angepasst werden kann.Another advantage of the invention is that, especially in contrast to the Coriolis mass flow meter described in US-B 65 05 519, always practically the same Evaluation method for the determination of the measured value can be carried out, since the evaluation method according to the invention also despite significantly changing flow conditions in the measuring tube, for example due to a temporarily two-phase or multi-phase medium and / or a medium consisting temporarily of several components, possibly also with varying concentrations of the individual phases and / or components, can be adapted to the current flow conditions in a very simple manner by recurring selection of the currently most suitable coefficients from the table memory.
[0054] Die Erfindung und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet.The invention and further advantageous embodiments will now be explained in more detail using exemplary embodiments which are illustrated in the figures of the drawing. Identical parts are provided with the same reference symbols in all figures; if clarity requires, reference numerals already mentioned are omitted in the following figures.
[0055] Fig. 1 zeigt ein der Erzeugung eines Massendurchfluß-Meßwerts dienendes Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät perspektivisch in einer Seitenansicht,1 shows a perspective view of a Coriolis mass flow measuring device used to generate a mass flow measurement,
[0056] Fig. 2 zeigt schematisch nach der Art eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Ausgestaltung einer für das Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät von Fig. 1 geeigneten Meßgerät-Elektronik,2 schematically shows, in the manner of a block diagram, a preferred embodiment of a measuring device electronics suitable for the Coriolis mass flow measuring device from FIG. 1,
[0057] Fig. 3 zeigt teilweise geschnitten ein Ausführungsbeispiel eines für das Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät von Fig. 1 geeigneten Meßaufnehmers vom Vibrations-Typ perspektivisch in einer ersten Seitenansicht,3 shows a perspective view in a first side view of an exemplary embodiment of a vibration-type measuring sensor suitable for the Coriolis mass flow meter of FIG. 1,
[0058] Fig. 4 zeigt den Meßaufnehmer von Fig. 3 perspektivisch in einer zweiten Seitenansicht undFig. 4 shows the sensor of Fig. 3 in perspective in a second side view
[0059] Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektro-mechanischen Erregeranordnung für den Meßaufnehmer von Fig. 3.5 shows an embodiment of an electro-mechanical excitation arrangement for the sensor of FIG. 3.
[0060] In Fig. 1 ist perspektivisch ein Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät 1 dargestellt, das dazu dient, einen eine physikalische Meßgröße - hier einen Massendurchfluß m - eines in einer Rohrleitung strömenden, zwei- oder mehrphasigen Mediums zu erfassen und in einen diese Meßgröße - hier den Massendurchfluß - momentan repräsentierenden Messwerte - hier einem Massendurchfluß-Messwert Xm - abzubilden; die Rohrleitung ist aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Medium kann praktisch jeder strömungsfähige Stoff sein, beispielsweise Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe, in dem zusätzlich zu einem Haupt- oder Trägermedium Inhomogenitäten, also nicht gelöst Anteile eines weiteren Mediums mit einer zum Trägermedium abweichenden Konsistenz, eingetragen sind, beispielsweise in der Flüssigkeit mitgeführte Feststoffpartikel und/oder in Flüssigkeit eingeperlte Gasblasen. Zum Messen des Massendurchflusses umfasst das Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät 1 einen Messaufnehmer 10 vom Vibrationstyp sowie eine, wie in Fig. 2 gezeigt, mit dem Messaufnehmer 10 elektrisch verbundene Messgerät-Elektronik 50. Zur Unterbringung der Messgerät-Elektronik 50 ist ferner ein von außen Messaufnehmer 10 angebrachtes Elektronikgehäuse 200 vorgesehen.In Fig. 1, a Coriolis mass flow meter 1 is shown in perspective, which is used to record a physical quantity - here a mass flow m - of a two-phase or multi-phase medium flowing in a pipeline and into a measured quantity - to represent the mass flow - currently representative measured values - here a mass flow measured value X m ; the pipeline is not shown for reasons of clarity. Medium can be practically any flowable substance, for example liquids, gases or vapors, in which, in addition to a main or carrier medium, inhomogeneities, i.e. undissolved portions of another medium with a consistency deviating from the carrier medium, are entered, for example solid particles carried in the liquid and / or gas bubbles bubbled into liquid. For measuring the mass flow, the Coriolis mass flow measuring device 1 comprises a measuring sensor 10 of the vibration type and, as shown in FIG. 2, measuring device electronics 50 electrically connected to the measuring sensor 10. To accommodate the measuring device electronics 50, there is also an external sensor Sensor 10 attached electronics housing 200 provided.
[0061] Zum Erfassen des Massendurchflusses m werden mittels des im Betrieb von der Messgerät-Elektronik 50 zu Vibrationen angeregten Messaufnehmers 10 im hindurchströmenden Fluid Corioliskräfte erzeugt, die vom Massendurchfluß m abhängig sind und die auf den Messaufnehmer 10 messbar, also sensorisch erfassbar und elektronisch auswertbar, zurückwirken. Neben der Erzeugung Massendurchfluß-Messwert Xm dient das Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät ferner dazu, eine Dichte p des strömenden Mediums zu messen und einen die Dichte p momentan repräsentierenden Dichte-Messwert Xp zu ermitteln.To measure the mass flow m, Coriolis forces are generated in the fluid flowing therethrough by means of the sensor 10, which is excited by the measuring device electronics 50 in operation, which are dependent on the mass flow m and which are measurable on the sensor 10, that is to say they can be sensed and electronically evaluated , act back. In addition to generating the mass flow measurement value X m , the Coriolis mass flow measurement device also serves to measure a density p of the flowing medium and to determine a density measurement value Xp currently representing the density p.
[0062] Vorzugsweise ist die Messgerät-Elektronik 50 ferner so ausgelegt, daß sie im Betrieb des Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät 1 mit einer diesem übergeordneten Messwertverarbeitungseinheit, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beipielsweise einem Feldbussystem, Meß- und/oder andere Betriebsdaten austauschen kann. Des weiteren ist die Messgerät-Elektronik 50 so ausgelegt, dass sie von einer externen Energieversorgung, beispeilsweise auch über das vorgenannte Feldbussystem, gespeist werden kann. Für den Fall, daß das Vibrations-Meßgerät für eine Ankopplung an einen Feldbus vorgesehen ist, weist die, insb. programmierbare, Meßgerät-Elektronik 50 eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle für eine Datenkommunikation auf, z.B. zum Senden der Meßdaten an eine übergeordnete speicherprogrammierbare Steuerung oder ein übergeordnetes Prozeßleitsystem, auf.Preferably, the measuring device electronics 50 is also designed such that it operates a Coriolis mass flow measuring device 1 with a higher-level measured value processing unit, for example a programmable logic controller (PLC), a personal computer and / or a workstation, via a data transmission system, For example, a fieldbus system can exchange measurement and / or other operating data. Furthermore, the measuring device electronics 50 is designed in such a way that it can be supplied by an external energy supply, for example also via the aforementioned fieldbus system. In the event that Vibration measuring device is provided for coupling to a field bus, the, in particular programmable, measuring device electronics 50 has a corresponding communication interface for data communication, for example for sending the measured data to a higher-level programmable logic controller or a higher-level process control system.
[0063] In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer als Messaufnehmer 10 dienenden physikalisch-elektrischen Wandleranordnung vom Vibrations-Typ gezeigt. Der Aufbau und die Funktionsweise einer derartigen Wandleranordnung ist dem Fachmann an und für sich bekannt und z.B. auch in der US-A 60 06 609 ausführlich beschrieben.3 and 4, an embodiment of a physical-electrical transducer arrangement of the vibration type serving as a measuring sensor 10 is shown. The structure and mode of operation of such a converter arrangement is known per se to the person skilled in the art and is e.g. also described in detail in US-A 60 06 609.
[0064] Zum Führen des zu messenden Fluids umfasst der Messaufnehmer 10 wenigstens ein ein Einlassende 11 und ein Auslassende 12 aufweisendes Messrohr 13 von vorgebbarem, im Betrieb elastisch verformbarem Messrohrlumen 13A und von vorgebbarer Nennweite. Elastisches Verformen des Messrohrlumens 13A bedeutet hier, dass zum Erzeugen von fluidinternen und somit das Fluid beschreibenden Corioliskräften eine Raumform und/oder eine Raumlage des Messrohrlumens 13A innerhalb eines Elastizitätsbereiches des Messrohrs 13 in vorgebbarer Weise zyklisch, insb. periodisch, verändert wird, vgl. z.B. die US-A 48 01 897, die US-A 56 48 616, die US-A 57 96 011 und/oder die US-A 60 06 609. Es sei an dieser Stelle ferner ausdrücklich darauf verwiesen, dass, obwohl der Meßaufnehmer im Ausführungsbeispiel lediglich ein einziges, gerades Meßrohr umfaßt, zur Realisierung der Erfindung anstelle eines solchen Messaufnehmers vom Vibrationstyp praktisch jeder der im Stand der Technik beschriebenen Corioils-Massendurchfluß-Messaufnehmer verwendet werden kann, insb. ein solcher vom Biegeschwingungstyp mit ausschließlich oder zumindest anteilig in einem Biegeschwingungsmode vibrierendem, gebogenem oder geradem Messrohr. Im besonderen eigenen sich beispielweise Meßaufnehmer vom Vibrationstyp mit zwei parallel vom zu messenden Medium durchflossenen, gebogenen Meßrohren, wie sie beispielsweise auch in der EP-A 1 154 243, der US-A 53 01 557, der US-A 57 96 011 , der US-B 65 05 519 oder der WO-A 02/37063 ausführlich beschrieben sind. Weitere geeignete Ausführungsformen für solche als Messaufnehmer 10 dienende Wandleranordnungen sind z.B. der WO-A 02/099363, der WO-A 02/086426, der WO-A 95/16 897, der US-A 56 02 345, der US-A 55 57 973 oder der US-A 53 57 811 entnehmbar. Als Material für das verwendete Messrohr 13 sind z.B. Titanlegierungen besonders geeignet. Anstelle von Titanlegierungen können aber auch andere für derartige, insb. auch für gebogene, Messrohre üblicherweise verwendete Materialien, wie z.B. rostfreier Stahl, Tantal oder Zirconium etc. eingesetzt werden.For guiding the fluid to be measured, the measuring sensor 10 comprises at least one measuring tube 13 having an inlet end 11 and an outlet end 12 of predeterminable measuring tube lumen 13A which is elastically deformable in operation and of a predeterminable nominal diameter. Elastic deformation of the measuring tube lumen 13A means here that in order to generate Coriolis forces internal to the fluid and thus describing the fluid, a spatial shape and / or a spatial position of the measuring tube lumen 13A is changed cyclically, in particular periodically, within a range of elasticity of the measuring tube 13, cf. for example US-A 48 01 897, US-A 56 48 616, US-A 57 96 011 and / or US-A 60 06 609. At this point it should also be expressly pointed out that, although the sensor in the exemplary embodiment comprises only a single, straight measuring tube, in order to implement the invention instead of such a vibration-type measuring sensor, practically any of the Corioils mass flow measuring sensors described in the prior art can be used, in particular one of the bending vibration type with only or at least partially in one Bending vibration mode vibrating, curved or straight measuring tube. Particularly suitable are, for example, vibration-type sensors with two curved measuring tubes through which the medium to be measured flows, as described, for example, in EP-A 1 154 243, US-A 53 01 557, US-A 57 96 011 US-B 65 05 519 or WO-A 02/37063 are described in detail. Further suitable embodiments for such transducer arrangements serving as measuring transducers 10 are, for example, WO-A 02/099363, WO-A 02/086426, WO-A 95/16 897, US-A 56 02 345, US-A 55 57 973 or US-A 53 57 811. Titanium alloys, for example, are particularly suitable as the material for the measuring tube 13 used. Instead of titanium alloys, it is also possible to use other materials commonly used for such, in particular also for curved, measuring tubes, such as, for example, stainless steel, tantalum or zirconium, etc.
[0065] Das Messrohr 13, das in der üblichen Weise einlass-seitig und auslass-seitig mit der das Fluid zu- bzw. abführenden Rohrleitung kommuniziert, ist in einen starren, insb. biege- und verwindungssteifen, Tragrahmen 14 schwingfähig eingespannt. Anstelle des hier gezeigten kastenförmigen Tragrahmens 14 können selbstverständlich auch andere geeignete Trägermittel, wie z.B. parallel oder koaxial zum Meßrohr verlaufende Rohre, verwendete werden.The measuring tube 13, which communicates in the usual way on the inlet side and on the outlet side with the pipeline supplying and discharging the fluid, is clamped in a rigid, in particular flexurally and torsionally rigid, support frame 14 so that it can vibrate. Instead of the box-shaped support frame 14 shown here, other suitable carrier means, such as e.g. Pipes running parallel or coaxial to the measuring tube can be used.
[0066] Der Tragrahmen 14 ist am Messrohr 13 einlass-seitig mittels einer Einlassplatte 213 und ausslass-seitig mittels einer Auslassplatte 223 fixiert, wobei letztere beide jeweils von entsprechenden Verlängerungsstücken des Messrohrs 13 durchstoßen sind. Ferner weist der Tragrahmen 14 eine erste Seitenplatte 24 und eine zweite Seitenplatte 34 auf, welche beiden Seitenplatten 24, 34 jeweils derart an der Einlassplatte 213 und an der Auslassplatte 223 fixiert sind, dass sie praktisch parallel zum Messrohr 13 verlaufen und von diesem sowie voneinander beabstandet angeordnet sind, vgl. Fig. 3. Somit sind einander zugewandte Seitenflächen der beiden Seitenplatten 24, 34 ebenfalls parallel zueinander. Ein Längsstab 25 ist an den Seitenplatten 24, 34, vom Messrohr 13 beabstandet, fixiert, der als Schwingungen des Messrohrs 13 tilgende Auswuchtmasse dient. Der Längstab 25 erstreckt sich, wie in Fig. 4 dargestellt ist, praktisch parallel zur gesamten schwingfähigen Länge des Messrohrs 13; dies ist jedoch nicht zwingend, der Längstab 25 kann selbstverständlich, falls erforderlich, auch kürzer ausgeführt sein. Der Tragrahmen 14 mit den beiden Seitenplatten 24, 34, der Einlassplatte 213, der Auslassplatte 223 und dem Längsstab 25 hat somit eine Längsschwerelinie, die praktisch parallel zu einer das Einlassende 11 und das Auslassende 12 virtuell verbindenden Messrohr-Mittelachse 13B verläuft.The support frame 14 is fixed on the measuring tube 13 on the inlet side by means of an inlet plate 213 and on the outlet side by means of an outlet plate 223, the latter both being pierced by corresponding extension pieces of the measuring tube 13. Furthermore, the support frame 14 has a first side plate 24 and a second side plate 34, which two side plates 24, 34 are each fixed to the inlet plate 213 and to the outlet plate 223 in such a way that they run practically parallel to the measuring tube 13 and are spaced apart therefrom are arranged, cf. Fig. 3. Thus, facing side surfaces of the two side plates 24, 34 are also parallel to each other. A longitudinal rod 25 is fixed to the side plates 24, 34, spaced apart from the measuring tube 13, which serves as a balancing mass which counteracts the vibrations of the measuring tube 13. The longitudinal rod 25 extends, as shown in FIG. 4, practically parallel to the entire oscillatable length of the measuring tube 13; however, this is not mandatory, the longitudinal bar 25 can of course also be made shorter, if necessary. The The support frame 14 with the two side plates 24, 34, the inlet plate 213, the outlet plate 223 and the longitudinal rod 25 thus has a longitudinal center of gravity which runs practically parallel to a measuring tube central axis 13B virtually connecting the inlet end 11 and the outlet end 12.
[0067] In den Fig. 3 und 4 ist durch die Köpfe der gezeichneten Schrauben angedeutet, dass das erwähnte Fixieren der Seitenplatten 24, 34 an der Einlassplatte 213, an der Auslassplatte 223 und am Längsstab 25 durch Verschrauben erfolgen kann; es können aber auch andere geeignete und dem Fachmann geläufige Befestigungsarten angewendet werden.3 and 4 is indicated by the heads of the drawn screws that the aforementioned fixing of the side plates 24, 34 on the inlet plate 213, on the outlet plate 223 and on the longitudinal rod 25 can be done by screwing; however, other suitable types of fastening known to those skilled in the art can also be used.
[0068] Für den Fall, dass der Messaufnehmer 10 lösbar mit der Rohrleitung zu montieren ist, ist dem Messrohr 13 einlass-seitig ein erster Flansch 19 und auslass-seitig ein zweiter Flansch 20 angeformt, vgl. Fig. 1 ; anstelle der Flansche 19, 20 können aber z.B. auch andere Rohrleitungs-Verbindungsstücke zur lösbaren Verbindung mit der Rohrleitung angeformt sein, wie z.B. die in Fig. 3 angedeuteten sogenannten Triclamp-Anschlüsse. Falls erforderlich kann das Messrohr 13 aber auch direkt mit der Rohrleitung, z.B. mittels Schweissen oder Hartlötung etc. verbunden werden bzw. seinIn the event that the sensor 10 is to be detachably mounted with the pipeline, the measuring tube 13 has a first flange 19 formed on the inlet side and a second flange 20 on the outlet side, cf. Fig. 1; instead of the flanges 19, 20, e.g. other pipe connection pieces for detachable connection to the pipe, such as the so-called triclamp connections indicated in FIG. 3. If necessary, the measuring tube 13 can also be connected directly to the pipeline, e.g. be connected by means of welding or brazing etc.
[0069] Zum Erzeugen der erwähnten Corioliskräfte wird das Messrohr 13 im Betrieb des Messaufnehmers 10, angetrieben von einer mit dem Messrohr gekoppelten elektro-mechanischen Erregeranordnung 16, bei einer vorgebbaren Schwingfrequenz, insb. einer natürlichen Resonanzfrequenz, im sogenannten Nutzmode vibrieren gelassen und somit in vorgebbarer Weise elastisch verformt, wobei die natürlichen Resonanzfrequenz auch von einer Dichte des Fluids abhängig ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das vibrierende Messrohr 13, wie bei solchen Wandleranordnungen vom Biegeschwingungs-Typ üblich, aus einer statischen Ruhelage räumlich, insb. lateral, ausgelenkt. Gleiches gilt praktisch auch für solche Wandleranordnungen, bei denen ein oder mehrere gebogene Messrohre Auslegerschwingungen um eine entsprechende, das jeweilige Einlass- und Auslassende imaginär verbindende Längsachse ausführen, oder auch für solche Wandleranordnungen, bei denen ein oder mehere gerade Messrohre lediglich Biegeschwingungen in einer einzigen Schwinungungsebene ausführen.To generate the Coriolis forces mentioned, the measuring tube 13 is vibrated during operation of the sensor 10, driven by an electro-mechanical excitation arrangement 16 coupled to the measuring tube, at a predefinable oscillation frequency, in particular a natural resonance frequency, in the so-called useful mode and thus in can be predetermined elastically deformed, the natural resonance frequency also being dependent on a density of the fluid. In the exemplary embodiment shown, the vibrating measuring tube 13 is spatially, in particular laterally, deflected from a static idle position, as is customary in such transducer arrangements of the bending vibration type. The same also applies in practice to those transducer arrangements in which one or more curved measuring tubes execute cantilever vibrations about a corresponding longitudinal axis that imaginatively connects the respective inlet and outlet ends, or also to such Transducer arrangements in which one or more straight measuring tubes only execute bending vibrations in a single vibration plane.
[0070] Die Erregeranordnung 16 dient dazu, unter Umsetzung einer von der Messgerät-Elektronik 50 eingespeisten elektrischen Erregerleistung Pexc eine auf das Messrohr 13 einwirkende Erregerkraft Fexc zu erzeugen. Die Erregerleistung Pexc dient praktisch lediglich zur Kompensation des über mechanische und fluidinterne Reibung dem Schwingungssystem entzogenen Leistungsanteils. Zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades ist die Erregerleistung Pexc möglichst genau so eingestellt, dass praktisch die Schwingungen des Messrohrs 13 im Nutzmode, z.B. die einer Grund-Resonanzfrequenz, aufrecht erhalten werden.The excitation arrangement 16 is used to generate an excitation force F exc acting on the measuring tube 13 by converting an electrical excitation power P exc which is fed in by the measuring device electronics 50. The excitation power P exc serves practically only to compensate for the power component extracted from the vibration system via mechanical and fluid-internal friction. In order to achieve the highest possible efficiency, the excitation power P exc is set as precisely as possible in such a way that the vibrations of the measuring tube 13 in the useful mode, for example that of a basic resonance frequency, are maintained.
[0071] Zum Zwecke des Übertragens der Erregerkraft Fexc auf das Messrohr 13 weist die Erregeranordnung 16, wie in Fig. 5 dargestellt ist, eine starre, elektromagnetisch und/oder elektrodynamisch angetriebene Hebelanordnung 15 mit einem am Messrohr 13 biegefest fixierten Ausleger 154 und mit einem Joch 163 auf. Das Joch 163 ist an einem vom Messrohr 13 beabstandeten Ende des Auslegers 154 ebenfalls biegefest fixiert, und zwar so, dass es oberhalb des Messrohrs 13 und quer zu ihm angeordnet ist. Als Ausleger 154 kann z.B. eine metallische Scheibe dienen, die das Messrohr 13 in einer Bohrung aufnimmt. Für weitere geeignete Ausführungen der Hebelanordnung 15 sei an dieser Stelle auf die bereits erwähnte US-A 60 06 609 verwiesen. Die Hebelanordnung 15 ist T-förmig und so angeordnet, vgl. Fig. 5, dass sie etwa in der Mitte zwischen Einlass- und Auslassende 11, 12 auf das Messrohr 13 einwirkt, wodurch dieses im Betrieb mittig seine größte laterale Auslenkung erfährt.For the purpose of transferring the excitation force F exc to the measuring tube 13, the excitation arrangement 16, as shown in FIG. 5, has a rigid, electromagnetically and / or electrodynamically driven lever arrangement 15 with a boom 154 fixed to the measuring tube 13 and with a yoke 163. The yoke 163 is also fixed to one end of the arm 154 at a distance from the measuring tube 13, in such a way that it is arranged above the measuring tube 13 and transversely to it. A metal disk, for example, which receives the measuring tube 13 in a bore can serve as the arm 154. For further suitable designs of the lever arrangement 15, reference is made to the already mentioned US-A 60 06 609. The lever arrangement 15 is T-shaped and arranged, see. 5 shows that it acts on the measuring tube 13 approximately in the middle between the inlet and outlet ends 11, 12, as a result of which it experiences its greatest lateral deflection in the middle during operation.
[0072] Zum Antreiben der Hebelanordnung 15 umfasst die Erregeranordnung 16 gemäß Fig. 5 eine erste Erregerspule 26 und einen zugehörigen ersten dauermagnetischen Anker 27 sowie eine zweite Erregerspule 36 und einen zugehörigen zweiten dauermagnetischen Anker 37. Die beiden, elektrisch bevorzugt in Reihe geschalteten, Erregerspulen 26, 36 sind beiderseits des Messrohrs 13 unterhalb des Jochs 163 am Tragrahmen 14, insb. lösbar, so fixiert, dass sie mit ihrem jeweils zugehörigen Anker 27 bzw. 37 im Betrieb in Wechselwirkung stehen. Die beiden Erregerspulen 26, 36, können, falls erforderlich, selbstverständlich auch einander parallelgeschaltet sein. Wie in Fig. 3 und 5 dargestellt ist, sind die beiden Anker 27, 37 derart voneinander beabstandet am Joch 163 fixiert, dass im Betrieb des Messaufnehmers 10 der Anker 27 praktisch von einem Magnetfeld der Erregerspule 26 und der Anker 37 praktisch von einem Magnetfeld der Erregerspule 36 durchsetzt und aufgrund entsprechender elektrodynamischer und/oder elektromagnetischer Kraftwirkungen bewegt wird. Die mittels der Magnetfelder der Erregerspulen 26, 36 erzeugten Bewegungen der Anker 27, 37 werden vom Joch 163 und vom Ausleger 154 auf das Messrohr 13 übertragen. Diese Bewegungen der Anker 27, 37 sind so ausgebildet, dass das Joch 163 alternierend in Richtung der Seitenplatte 24 oder in Richtung der Seitenplatte 34 aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird. Eine entsprechende, zur bereits erwähnten Messrohr-Mittelachse 13B parallele Drehachse der Hebelanordnung 15 kann z.B. durch den Ausleger 154 verlaufen.5 comprises a first excitation coil 26 and an associated first permanent magnetic armature 27 and a second excitation coil 36 and an associated second permanent magnetic armature 37. The two excitation coils, which are preferably connected electrically in series, for driving the lever arrangement 15 26, 36 are on both sides of the measuring tube 13 below the yoke 163 on the support frame 14, in particular releasable, fixed in such a way that they interact with their respective associated anchors 27 and 37 during operation. If necessary, the two excitation coils 26, 36 can of course also be connected in parallel with one another. As shown in FIGS. 3 and 5, the two armatures 27, 37 are fixed to the yoke 163 so that they are spaced apart from one another in such a way that during operation of the sensor 10 the armature 27 is practically from a magnetic field of the excitation coil 26 and the armature 37 is practically from a magnetic field Exciter coil 36 passes through and is moved due to corresponding electrodynamic and / or electromagnetic force effects. The movements of the armatures 27, 37 generated by the magnetic fields of the excitation coils 26, 36 are transmitted from the yoke 163 and from the arm 154 to the measuring tube 13. These movements of the armatures 27, 37 are designed such that the yoke 163 is alternately deflected from its rest position in the direction of the side plate 24 or in the direction of the side plate 34. A corresponding axis of rotation of the lever arrangement 15 which is parallel to the already mentioned measuring tube central axis 13B can, for example, extend through the arm 154.
[0073] Der Tragrahmen 14 umfasst ferner eine mit den Seitenplatten 24, 34, insb. lösbar, verbundene Halterung 29 für die elektromechanische Erregeranordnung 16, insb. zum Haltern der Erregerspulen 26, 36 und ggf. einzelner Komponenten einer weiter unten genannten Magnetbremsanordnung 217.The support frame 14 further comprises a holder 29 for the electromechanical excitation arrangement 16, in particular detachably connected to the side plates 24, 34, in particular for holding the excitation coils 26, 36 and possibly individual components of a magnetic brake arrangement 217 mentioned below.
[0074] Schließlich weist der Meßaufnehmer 1 ein Meßrohr und Tragrahmen umgebendes Meßaufnehmer-Gehäuse 100 auf, das diese vor schädlichen Umgebungseinflüssen schützt. Das Meßaufnehmer-Gehäuse 100 ist mit einem halsartigen Übergangsstück versehen, an dem das die Meßgeräte-Elektronik 50 einhausende Elektronik-Gehäuse 200 fixiert ist, vgl. Fig. 1.Finally, the measuring sensor 1 has a measuring sensor housing 100 surrounding the measuring tube and supporting frame, which protects them from harmful environmental influences. The sensor housing 100 is provided with a neck-like transition piece to which the electronics housing 200 housing the measuring device electronics 50 is fixed, cf. Fig. 1.
[0075] Beim Messaufnehmer 10 des Ausführungsbeispiels bewirken die lateralen Auslenkungen des am Einlassende 11 und am Auslassende 12 fest eingespannten, vibrierenden Messrohrs 13 gleichzeitig eine elastische Verformung seines Messrohrlumens 13A, die praktisch über die gesamte Länge des Messrohrs 13 ausgebildet ist. Ferner wird im Messrohr 13 aufgrund eines über die Hebelanordnung 15 auf dieses wirkenden Drehmoments gleichzeitig zu den lateralen Auslenkungen zumindest abschnittsweise eine Verdrehung um die Messrohr-Mittelachse 13B erzwungen, so dass das Messrohr 13 praktisch in einem als Nutzmode dienenden gemischten Biegeschwingungs-Torsionsmode schwingt. Die Verdrehung des Messrohrs 13 kann dabei so ausgebildet sein, dass eine laterale Auslenkung des vom Messrohr 13 beabstandeten Ende des Auslegers 154 entweder gleich- oder entgegen-gerichtet zur lateralen Auslenkung des Messrohrs 13 ist. Das Messrohr 13 kann also Torsionsschwingungen in einem dem gleich-gerichteten Fall entsprechenden ersten Biegeschwingungs-Torsionsmode oder in einem dem entgegen-gerichtet Fall entsprechenden zweiten Biegeschwingungs-Torsionsmode ausführen. Dann ist beim Messaufnehmer 10 gemäss dem Ausführungsbeispiel die natürliche Grund-Resonanzfrequenz des zweiten Biegeschwingungs-Torsionsmodes von z.B. 900 Hz annährend doppelt so hoch wie die des ersten Biegeschwingungs-Torsionsmodes.In the sensor 10 of the embodiment, the lateral deflections of the vibrating measuring tube 13 firmly clamped at the inlet end 11 and at the outlet end 12 simultaneously cause an elastic deformation of its measuring tube lumen 13A, which is practically formed over the entire length of the measuring tube 13. Furthermore, 13 due to a torque acting on the lever arrangement 15 at the same time as the lateral deflections at least in sections, a rotation about the measuring tube central axis 13B is forced, so that the measuring tube 13 practically oscillates in a mixed bending vibration torsion mode serving as useful mode. The rotation of the measuring tube 13 can be designed such that a lateral deflection of the end of the arm 154 spaced from the measuring tube 13 is either the same or opposite to the lateral deflection of the measuring tube 13. The measuring tube 13 can therefore execute torsional vibrations in a first bending vibration torsion mode corresponding to the same direction or in a second bending vibration torsion mode corresponding to the opposite direction. Then, in the sensor 10 according to the exemplary embodiment, the natural fundamental resonance frequency of the second bending vibration torsion mode of, for example, 900 Hz is almost twice as high as that of the first bending vibration torsion mode.
[0076] Für den Fall, dass das Messrohr 13 betriebsmäßig Schwingungen lediglich im zweiten Biegeschwingungs-Torsionsmode ausführen soll, ist eine auf dem Wirbelstromprinzip beruhende Magnetbremsanordnung 217 in die Erregeranordnung 16 integriert, die dazu dient, die Lage der erwähnten Drehachse zu stabilisieren. Mittels der Magnetbremsanordnung 217 kann somit sichergestellt werden, dass das Messrohr 13 stets im zweiten Biegeschwingungs-Torsionsmode schwingt und somit allfällige äußere Störeinflüsse auf das Messrohr 13 nicht zu einem spontanen Wechsel in einen anderen, insb. nicht in den ersten, Biegeschwingungs-Torsionsmode führen. Einzelheiten einer solchen Magnetbremsanordnung sind in der US-A 60 06 609 ausführlich beschrieben.In the event that the measuring tube 13 is to perform operational vibrations only in the second bending vibration torsion mode, a magnetic brake arrangement 217 based on the eddy current principle is integrated in the excitation arrangement 16, which serves to stabilize the position of the mentioned axis of rotation. By means of the magnetic brake arrangement 217, it can thus be ensured that the measuring tube 13 always vibrates in the second bending vibration torsion mode and thus any external disturbing influences on the measuring tube 13 do not lead to a spontaneous change to another, especially not to the first, bending vibration torsion mode. Details of such a magnetic brake arrangement are described in detail in US-A 60 06 609.
[0077] Es sei an dieser Stelle noch erwähnt, dass bei dem auf diese Weise gemäß dem zweiten Biegeschwingungs-Torsionsmode ausgelenkten Messrohr 13 die gedachte Messrohr-Mittelachse 13B geringfügig deformiert wird und somit bei den Schwingungen keine Ebene sondern eine schwach gewölbte Fläche aufspannt. Ferner weist eine in dieser Fläche liegende, vom Mittelpunkt der Messrohr-Mittelachse beschriebene Bahnkurve die kleinste Krümmung aller von der Messrohr-Mittelachse beschriebenen Bahnkurven auf.At this point, it should also be mentioned that in the measuring tube 13 deflected in this way according to the second bending vibration torsion mode, the imaginary central axis 13B of the measuring tube is slightly deformed and thus spans not a plane but a slightly curved surface during the vibrations. Furthermore, one in this Surface trajectory lying from the center point of the measuring tube center axis has the smallest curvature of all trajectory curves described by the measuring tube center axis.
[0078] Zum Detektieren der Verformungen des Messrohrs 13 umfasst der Messaufnehmer 10 ferner eine Sensoranordnung 60, die mittels wenigstens eines auf Vibrationen des Messrohrs 13 reagierenden ersten Sensors 17 ein diese repräsentierendes erstes, insb. analoges, Schwingungsmeß-Signal s1 erzeugt. Der Sensor 17 kann z.B. mittels eines dauermagnetischen Ankers gebildet sein, der am Messrohr 13 fixiert ist und mit einer vom Tragrahmen 14 gehalterten Sensorspule in Wechselwirkung steht. Als Sensor 17 sind besonders solche geeignet, die, basierend auf dem elektrodynamischen Prinzip, eine Geschwindigkeit der Auslenkungen des Messrohrs 13 erfassen. Es können aber auch beschleunigungsmessende elektrodynamische oder aber auch wegmessende resistive oder optische Sensoren verwendet werden. Selbstverständlich können auch andere dem Fachmann bekannte und für die Detektion solcher Vibrationen geeignete Sensoren verwendet werden. Die Sensoranordnung 60 umfasst ferner einen, insb. zum ersten Sensor 17 identischen, zweiten Sensor 18, mittels dem sie ein ebenfalls Vibrationen des Messrohrs 13 repräsentierdendes zweites Schwingungsmeß-Signal s2 liefert. Die beiden Sensoren 17, 18 sind bei dieser Ausgestaltung entlang des Messrohrs 13 voneinander beabstandet, insb. in einem gleichen Abstand von der Mitte des Messrohrs 13, so im Messaufnehmer 10 angeordnet, dass mittels der Sensoranordnung 60 sowohl einlass-seitige als auch auslass-seitige Vibrationen des Messrohrs 13 örtlich erfasst und in die entsprechenden Schwingungsmeß-Signale s1 bzw. s2 abgebildet werden. Das erste und ggf. das zweite Schwingungsmeß-Signal s1 bzw. s2, die üblicherweise jeweils eine einer momentanen Schwingfrequenz des Messrohrs 13 entsprechende Signalfrequenz aufweisen, sind, wie in Fig. 2 gezeigt, der Messgerät-Elektronik 50 zugeführt.In order to detect the deformations of the measuring tube 13, the measuring sensor 10 further comprises a sensor arrangement 60 which, by means of at least one first sensor 17 reacting to vibrations of the measuring tube 13, generates a first, in particular analog, vibration measurement signal s1 which represents it. The sensor 17 can e.g. be formed by means of a permanent magnetic armature, which is fixed to the measuring tube 13 and interacts with a sensor coil held by the support frame 14. Particularly suitable as sensors 17 are those which, based on the electrodynamic principle, detect a speed of the deflections of the measuring tube 13. However, acceleration-measuring electrodynamic or also path-measuring resistive or optical sensors can also be used. Of course, other sensors known to the person skilled in the art and suitable for the detection of such vibrations can also be used. The sensor arrangement 60 further comprises a second sensor 18, in particular identical to the first sensor 17, by means of which it supplies a second vibration measurement signal s2, which also represents vibrations of the measuring tube 13. In this embodiment, the two sensors 17, 18 are spaced apart from one another along the measuring tube 13, in particular at an equal distance from the center of the measuring tube 13, in the measuring sensor 10 such that by means of the sensor arrangement 60 both the inlet side and the outlet side Vibrations of the measuring tube 13 are recorded locally and mapped into the corresponding vibration measurement signals s1 and s2. The first and possibly the second vibration measurement signal s1 and s2, which usually each have a signal frequency corresponding to an instantaneous vibration frequency of the measuring tube 13, are fed to the measuring device electronics 50, as shown in FIG. 2.
[0079] Zum Vibrierenlassen des Messrohrs 13 wird die Erregeranordnung 16 mittels eines gleichfalls oszillierenden Erregerstroms iexc von einstellbarer Amplitude und von einstellbarer Erregerfrequenz fexc derart gespeist, dass die Erregerspulen 26, 36 im Betrieb von diesem durchflössen sind und in entsprechender Weise die zum Bewegen der Anker 27, 37 erforderlichen Magnetfelder erzeugt werden. Der Erregerstrom iexc kann z.B. sinusförmig oder rechteckförmig sein. Die Erregerfrequenz fexc des Erregerstroms iexc ist beim im Ausführungsbeispiel gezeigten Meßaufnehmer vorzugsweise so gewählt und eingestellt, daß das lateral schwingende Messrohr 13 möglichst ausschließlich im zweiten Biegeschwingungs-Torsionsmode schwingt.To vibrate the measuring tube 13, the excitation arrangement 16 is adjustable by means of a likewise oscillating excitation current i exc Amplitude and of adjustable excitation frequency f exc are fed in such a way that the excitation coils 26, 36 flow through them during operation and the magnetic fields required for moving the armatures 27, 37 are generated in a corresponding manner. The excitation current i exc can be sinusoidal or rectangular, for example. The excitation frequency f exc of the excitation current i exc is preferably selected and set in the measuring sensor shown in the exemplary embodiment so that the laterally oscillating measuring tube 13 oscillates as exclusively as possible in the second bending vibration torsion mode.
[0080] Zum Erzeugen und Einstellen des Erregerstroms iΘXC umfaßt die Meßgerät-Elektronik 50 eine entsprechende Treiberschaltung 53, die von einem die einzustellende Erregerfrequenz fexc repräsentierenden Frequenzstellsignal yFM und von einem die einzustellende Amplitude des Erregerstroms iexc repräsentierenden Amplitudenstellsignal yAM gesteuert ist. Die Treiberschaltung kann z.B. mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators und eines nachgeschalteten Spannungs-zu-Stromwandler realisiert sein; anstelle eines analogen Oszillators kann aber z.B. auch ein numerisch gesteuerter digitaler Oszillator zum Einstellen des Erregerstroms iexc verwendet werden.To generate and set the excitation current i ΘXC, the measuring device electronics 50 comprise a corresponding driver circuit 53 which is controlled by a frequency control signal y FM representing the excitation frequency f exc to be set and by an amplitude control signal y AM representing the amplitude of the excitation current i exc to be set , The driver circuit can be implemented, for example, by means of a voltage-controlled oscillator and a downstream voltage-to-current converter; Instead of an analog oscillator, for example, a numerically controlled digital oscillator can also be used to set the excitation current i exc .
[0081] Zum Erzeugen des Amplitudenstellsignals yA kann z.B. eine in die Meßgerät-Elektronik 50 integrierte Amplitudenregelschaltung 51 dienen, die anhand der momentanen Amplitude wenigstens eines der beiden Sensorsignale s^ s2 sowie anhand eines entsprechenden konstanten oder variablen Amplitudenreferenzwerts \N^ das Amplitudenstellsignal yAM aktualisiert; ggf. kann auch eine momentane Amplitude des Erregerstroms iexc zur Generierung des Amplitudenstellsignals yAM hinzugezogen werden. Derartige Amplitudenregelschaltungen sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Als ein Beispiel für eine solche Amplitudenregelschaltung sei nochmals auf Coriolis-Massedurchflußmesser der Serie "PROMASS I" verwiesen. Deren Amplitudenregelschaltung ist bevorzugt so ausgeführt, daß die lateralen Schwingungen des Meßrohrs 13 auf eine konstante, also auch von derTo generate the amplitude control signal y A , for example, an amplitude control circuit 51 integrated in the measuring device electronics 50 can be used, which uses the instantaneous amplitude of at least one of the two sensor signals s ^ s 2 and a corresponding constant or variable amplitude reference value \ N ^ the amplitude control signal y AM updated; if necessary, a momentary amplitude of the excitation current i exc can also be used to generate the amplitude control signal y AM . Such amplitude control circuits are also known to the person skilled in the art. As an example of such an amplitude control circuit, reference is once again made to Coriolis mass flow meters of the "PROMASS I" series. Their amplitude control circuit is preferably designed so that the lateral vibrations of the measuring tube 13 to a constant, that is, from
[0082] Dichte, p, unabhängige, Amplitude geregelt werden. [0083] Des weiteren kann das Frequenzstellsignal yFM von einer entsprechenden Frequenzregelschaltung 52 geliefert werden, die dieses z.B. anhand wenigstens des Sensorsignals ST sowie anhand einer als ein entsprechender Frequenzreferenzwert W2 dienenden, frequenz-repräsentativen Gleichspannung aktualisiert.Density, p, independent, amplitude are controlled. Furthermore, the frequency control signal y FM can be supplied by a corresponding frequency control circuit 52, which updates this, for example, on the basis of at least the sensor signal S T and on the basis of a frequency-representative direct voltage serving as a corresponding frequency reference value W 2 .
[0084] Bevorzugt ist die Frequenzregelschaltung 52 und die Treiberschaltung 53 zu einer Phasen-Regelschleife zusammengeschaltet, die in der dem Fachmann bekannten Weise dazu verwendet wird, anhand einer Phasendifferenz, gemessen zwischen wenigstens einem der Sensorsignale s-,, s2 und dem einzustellenden bzw. dem gemessenen Erregerstrom iexc, das Frequenzstellsignal yFM ständig auf eine momentane Resonanzfrequenz des Meßrohrs 13 abzugleichen. Der Aufbau und die Verwendung solcher Phasenregel-Schleifen zum Betreiben von Meßrohren auf einer ihrer mechanischen Resonanzfrequenzen ist z.B. in der US-A 48 01 897 ausführlich beschrieben. Selbstverständlich können auch andere, dem Fachmann bekannte Frequenzregelschaltungen verwendet werden, wie z.B. auch in der US-A 4524610 oder der US-A 48 01 897 beschrieben sind. Ferner sei hinsichtlich einer Verwendung solcher Frequenzregelschaltungen für Meßaufnehmer der beschriebenen Art auf die bereits erwähnte Serie "PROMASS I" verwiesen. Weitere als Treiberschaltung geeignete Schaltungen können beispielsweise auch der US-A 58 69 770 oder auch der US-A 65 05 519 entnommen werden.Preferably, the frequency control circuit 52 and the driver circuit 53 are interconnected to form a phase control loop, which is used in the manner known to the person skilled in the art, based on a phase difference, measured between at least one of the sensor signals s- ,, s 2 and the one to be set or the measured excitation current i exc , the frequency control signal y FM to constantly adjust to a current resonance frequency of the measuring tube 13. The construction and use of such phase locked loops for operating measuring tubes at one of their mechanical resonance frequencies is described in detail, for example, in US Pat. No. 4,801,897. Of course, other frequency control circuits known to the person skilled in the art can also be used, as described, for example, in US Pat. No. 4,524,610 or US Pat. No. 4,801,897. With regard to the use of such frequency control circuits for sensors of the type described, reference is also made to the "PROMASS I" series already mentioned. Further circuits suitable as driver circuits can also be found, for example, in US Pat. No. 5,869,770 or also in US Pat. No. 5,505,519.
[0085] Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Amplitudenregelschaltung 51 und die Frequenzregelschaltung 52 mittels eines in der Meßgerät-Elektronik 50 vorgesehenen digitalen Signalprozessors DSP und mittels in diesen entsprechend implementierter und darin ablaufender Programm-Codes realisiert. Die Programm-Codes können z.B. in einem nicht-flüchtigen Speicher EEPROM eines den Signalprozessor steuernden und/oder überwachenden Mikrocomputers 55 persistent oder aber auch permanent gespeichert sein und beim Starten des Signalprozessors DSP in einen, z.B. im Signalprozessors DSP integrierten, flüchtigen Datenspeicher RAM der Meßgerät-Elektronik 50 geladen werden. Für derartige Anwendungen geeignete Signalprozessoren sind z.B. solche vom Typ TMS320VC33, wie sie von der Firma Texas Instruments Inc. am Markt angeboten werden.According to a further embodiment of the invention, the amplitude control circuit 51 and the frequency control circuit 52 are realized by means of a digital signal processor DSP provided in the measuring device electronics 50 and by means of program codes implemented accordingly and running therein. The program codes can, for example, be stored persistently or permanently in a non-volatile memory EEPROM of a microcomputer 55 which controls and / or monitors the signal processor and, when the signal processor DSP is started, in a volatile data memory RAM of the measuring device, for example integrated in the signal processor DSP -Electronics 50 can be loaded. Suitable for such applications Signal processors are, for example, those of the type TMS320VC33, as are offered by Texas Instruments Inc. on the market.
[0086] Es versteht sich praktisch von selbst, daß zumindest das Sensorsignal s, und ggf. auch das Sensorsignal s2 für eine Verarbeitung im Signalprozessor DSP mittels entsprechender Analog-zu-digital-Wandler A/D in entsprechende Digitalsignale umzuwandeln sind, vgl. hierzu insb. die EP-A 866 319. Falls erforderlich, sind vom Signalprozessor ausgegebene Stellsignale, wie z.B. das Amplitudenstellsignal yAM oder das Frequenzstellsignal yFM, ggf. in entsprechender weise digital-zu-analog zu wandeln.It goes without saying that at least the sensor signal s and possibly also the sensor signal s 2 are to be converted into corresponding digital signals for processing in the signal processor DSP by means of corresponding analog-to-digital converters A / D, cf. see EP-A 866 319 in particular. If necessary, control signals output by the signal processor, such as the amplitude control signal y AM or the frequency control signal y FM , may need to be converted in a corresponding manner from digital to analog.
[0087] Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Schwingunsmeßsignale xs1, xs2 ferner einer Meßschaltung 21 der Meßgerät-Elektronik zugeführt. Als Meßschaltung 21 können hierfür herkömmliche, insb. digitale, Meßschaltungen dienen, die den Massendurchfluß anhand der Schwingungsmeßsignale xs1, xs2 ermitteln, vgl. hierzu insb. die eingangs erwähnte WO-A 02/37063, WO-A 99/39164, die US-A 5648 616, die US-A 50 69 074. Selbstverständlich können auch andere dem Fachmann bekannte, für Coriolis-Massedurchfluß-Meßgeräte geeignete Meßschaltungen verwendet werden, die Phasen- und/oder Zeitdifferenzen zwischen den Schwingunsmeßsignalen xs1, xs2 messen und entsprechend auswerten. In vorteilhafter Weise kann die Meßschaltung 21 ebenfalls mittels des Signalprozessor DSP realisiert sein.As shown in FIG. 2, the vibration measurement signals x s1 , x s2 are also fed to a measuring circuit 21 of the measuring device electronics. Conventional, especially digital, measuring circuits can be used as measuring circuit 21 for this purpose, which determine the mass flow on the basis of the vibration measuring signals x s1 , x s2 , cf. in particular the aforementioned WO-A 02/37063, WO-A 99/39164, US-A 5648 616, US-A 50 69 074. Of course, other Coriolis mass flow meters known to those skilled in the art can also be used Measuring circuits are used which measure phase and / or time differences between the vibration measurement signals x s1 , x s2 and evaluate them accordingly. In an advantageous manner, the measuring circuit 21 can also be implemented by means of the signal processor DSP.
[0088] Die zumindest anteilig als Durchflussrechner ausgebildete Meßschaltung 21 dient dazu, in der dem Fachmann an und für sich bekannten Weise anhand einer Phasendifferenz, die zwischen den beiden, ggf. vorab geeignet konditionierten, Schwingungsmeßsignalen xs1, xs2 detektiert ist, einen mit dem zu messenden Massenduchfluß korrespondierenden Meßwert zu ermitteln. Wie bereits eingangs erwähnt, können Inhomogenitäten im strömenden Medium, beispielsweise in Flüssigkeiten mitgeführte Gasblasen und/oder Feststoffpartikeln, dazu führen, daß dieser in herkömmlicher Weise unter Annahme eines homogenen Mediums ermittelte Meßwert noch nicht ausreichend genau mit dem tatsächlichen Massendurchfluß übereinstimmt, d.h. er muß dementsprechend korrigiert werden; dieser vorab bestimmte, vorläufig den Massendurchfluß repräsentierende oder zumindest mit diesem korrespondierende Messwert, der im einfachsten Fall die zwischen Schwingungsmeßsignalen xs1, xs2 bestehende und detektierte Phasendifferenz sein kann, wird daher im folgenden als ein erster Zwischenwert X'm bezeichnet. Aus diesem erster Zwischenwert X'm wiederum wird mittels der Auswerte-Elektronik 21 schließlich der den Massedurchfluß ausreichend genau repräsentierende Massendurchfluß-Meßwert Xm abgleitet.The measuring circuit 21, which is at least partially designed as a flow computer, is used in the manner known per se to the person skilled in the art on the basis of a phase difference which is detected between the two, possibly suitably conditioned, vibration measurement signals x s1 , x s2 to determine the measured value corresponding to the mass flow rate to be measured. As already mentioned at the beginning, inhomogeneities in the flowing medium, for example gas bubbles and / or solid particles carried in liquids, can lead to the fact that the measured value determined in a conventional manner, assuming a homogeneous medium, does not yet match the actual mass flow rate sufficiently precisely, ie it must be corrected accordingly; this previously determined, provisionally representing the mass flow rate or at least corresponding to this measured value, which in the simplest case can be the phase difference existing and detected between vibration measurement signals x s1 , x s2 , is therefore referred to below as a first intermediate value X ' m . From this first intermediate value X ' m, in turn, the electronics electronics 21 finally derives the mass flow measurement value X m, which represents the mass flow rate with sufficient accuracy.
[0089] Bereits im Stand der Technik ist hierzu diskutiert worden, daß sich solche Inhomogenitäten, bedingt durch das Meßprinzip, vornehmlich in einer Änderung der vom strömenden Medium gemessenen Dichte niederschlagen. Weiterführende Untersuchungen seitens der Erfinder führten dabei allerdings zu der überraschenden Erkenntnis, daß die Korrektur des Zwischenwerts X'm, entgegen den Ausführungen im Stand der Technik, einerseits unter Verwendung weniger, sehr einfach zu bestimmender Korrekturfaktoren vorgenommen werden kann, die ohne weiteres von den mittels Coriolis-Massedurchflußmessern als Messwert ermittelter Strömungsparametem, insb. der gemessenen Dichte und/oder dem - hier vorläufig - gemessenen Massendurchfluß, und/oder von den im Betrieb von Coriolis-Massedurchflußmessern üblicherweise direkt gemessenen Betriebsparameter, insb. den gemessenen Schwingungsamplituden, Schwingungsfrequenzen und/oder dem Erregerstrom, selbst abgleitet werden können. Andererseits kann die Korrektur unter Verwendung des vorab bestimmten Dichte-Meßwerts Xp, und des vorab bestimmten Zwischenwerts X'm mit einem Rechenaufwand durchgeführt werden, der im Vergleich zu den eingangs erwähnten eher komplexen Rechenverfahren sehr gering ausfällt.It has already been discussed in the prior art that such inhomogeneities, due to the measuring principle, primarily result in a change in the density measured by the flowing medium. Further investigations on the part of the inventors, however, led to the surprising finding that, contrary to what has been said in the prior art, the correction of the intermediate value X ' m can , on the one hand, be carried out using fewer, very easy-to-determine correction factors which can easily be determined by the means Coriolis mass flow meters as measured values of flow parameters determined, in particular the measured density and / or the mass flow measured here for the time being, and / or from the operating parameters usually directly measured during operation of Coriolis mass flow meters, in particular the measured vibration amplitudes, vibration frequencies and / or the excitation current itself can be derived. On the other hand, the correction can be carried out using the predetermined density measured value Xp and the predetermined intermediate value X ' m with a computational effort that is very small in comparison to the rather complex calculation methods mentioned at the beginning.
[0090] Zum genauen Messen des Massendurchflusses wird mittels der Auswerte-Elektronik 2 vom Zwischenwert X'm ein entsprechender Korrekturwert Xκ abgeleitetet und der Massedurchfluß-Meßwert Xm unter Anwendung des Korrekturwerts Xκ auf den Zwischenwert X'm, insb. digital, berechnet. Beispielsweise kann die Korrektur des praktisch auf herkömmliche Weise ermittelten Zwischenwerts X'm basierend auf der FunktionsgleichungFor precise measurement of the mass flow, a corresponding correction value X κ is derived from the intermediate value X ' m by means of the evaluation electronics 2 and the mass flow measurement value X m using the correction value X κ to the intermediate value X' m , especially digitally, calculated. For example, the correction of the practically on conventionally determined intermediate value X ' m based on the functional equation
[0091] Xm = (l +Xκ).χm (1)X m = (l + X κ ) .χ m (1)
[0092] erfolgen.Take place.
[0093] Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung des momentan geeigneten Korrekturwerts X« im Betrieb ein zweiter Zwischenwert X2 ermittelt, der ein Maß für einen, insb. prozentualen oder realtiven, Anteil einer Phase, beispielsweise einer Gasphase oder einer Flüssigphase, des Mediums, repräsentiert und/oder eine Abweichung des zu messenden Fluids von der idealen Homogenität bzw. einen Grad der Inhomogenität repräsentiert. Der Korrekturwert Xκ wird also von einer im Betrieb gemessenen oder an das Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät übermittelten Konzentration der Inhomogenitäten abgleitet.According to the invention, a second intermediate value X 2 is determined in operation to determine the currently suitable correction value X 1 , which represents a measure of a, in particular percentage or realistic, proportion of a phase, for example a gas phase or a liquid phase, of the medium, and / or represents a deviation of the fluid to be measured from the ideal homogeneity or a degree of inhomogeneity. The correction value X κ is thus derived from a concentration of the inhomogeneities measured during operation or transmitted to the Coriolis mass flow meter.
[0094] Erfindungsgemäß ermittelt die Auswerte-Elektronik den Korrekturwert X«, ausgehend vom Zwischenwert X2, dadurch praktisch direkt, dass in der Auswerte-Elektronik eine eindeutige Beziehung zwischen dem aktuellen Zwischenwert X2 und dem dazu passenden Korrekturwerts Xκ abgebildet, insb. einprogrammiert, ist. Hierzu weist die Auswerte-Elektronik 2 ferner einen Tabellenspeicher 56 auf, in dem eine Vielzahl vorab, beispielsweise bei der Kalibrierung des Coriolis-Masseduchfluß-Meßgeräts, ermittelter digitaler Korrekturwerte Xκ,i abgelegt ist. Auf diese Korrekturwerte XK|ι wird von der Messschaltung über eine mittels des momentan gültigen zweiten Zwischenwert X2 abgeleitete Speicheradresse direkt zugegriffen. Als Tabellenspeicher 56 kann beispielsweise ein programmierbarer Festwertspeicher, also ein FPGA (field programmable gate array), ein EPROM oder ein EEPROM, dienen. Der Korrekturwert Xκ kann hierbei z.B. dadurch in einfacher Weise ermittelt werden, daß der momentan ermittelte Zwischenwert X2 mit entsprechenden im Tabellenspeicher eingetragenen Vorgabewerten für den Zwischenwert X2 verglichen und daraufhin derjenige Korrekturwert XK i ausgelesen, also von der Auswerte-Elektronik 2 für die weitere Berechnung verwendet wird, der mit dem dem Zwischenwert X2 am nähesten kommenden Vorgabewert korrespondiert. Die Verwendung eines solchen Tabellenspeicher für die Ermittlung des Korrekturwerts X« hat u.a. den Vorteil, daß der Korrekturwert XK nach der Berechnung des Zwischenwerts X2 zur Laufzeit sehr rasch zur Verfügung steht.According to the invention, the evaluation electronics determine the correction value X 1 , starting from the intermediate value X 2 , practically directly, because in the evaluation electronics a clear relationship between the current intermediate value X 2 and the matching correction value X κ is represented, in particular. is programmed. For this purpose, the evaluation electronics 2 furthermore have a table memory 56, in which a large number of digital correction values X κ , i determined beforehand, for example during the calibration of the Coriolis mass flow rate measuring device, are stored. On these correction values X K | ι is directly accessed by the measuring circuit via a memory address derived by means of the currently valid second intermediate value X 2 . A programmable read-only memory, for example an FPGA (field programmable gate array), an EPROM or an EEPROM, can serve as the table memory 56. The correction value X κ can be determined in a simple manner, for example, by comparing the currently determined intermediate value X 2 with corresponding default values for the intermediate value X 2 entered in the table memory and then reading out that correction value X K i , i.e. by the evaluation electronics 2 for the further calculation is used, which corresponds to the default value closest to the intermediate value X 2 . The use of such a table storage for the Determining the correction value X has the advantage, among other things, that the correction value XK is very quickly available at runtime after the calculation of the intermediate value X 2 .
[0095] Neben der Ermittlung des Korrekturwerts X« kann der Zwischenwert X2 desweiteren in vorteilhafter Weise ferner z.B. auch dazu verwendet werden, den Grad der Inhomogenität des Fluids oder davon abgeleitet Meßwerte, wie z.B. einen prozentualen Luftgehalt im Fluid oder einen Volumen- Mengen- oder Massenanteil von im Fluid mitgeführten Feststoff-Partikeln, z.B. vor Ort oder in einer entfernten Leitwarte visuell wahrnehmbar, zu signalisieren.In addition to the determination of the correction value X 1 , the intermediate value X 2 can also advantageously also be used, for example, to determine the degree of inhomogeneity of the fluid or measurement values derived therefrom, such as a percentage air content in the fluid or a volume-quantity or to signal the mass fraction of solid particles carried in the fluid, for example visually perceptible on site or in a remote control room.
[0096] Unter Auswertung einer Anzahl von zeitlichen Amplitudenverläufen der Schwingungsmeßsignale sowie des Erregerstroms iexc, die während an verschiedenen, in vorbestimmter Weise gestörten Flüssigkeiten durchgeführten Messungen aufgenommenen wurden, hat sich ferner gezeigt, daß sowohl der Erregerstrom iexc als auch die Schwingungsmeßsignale xs1) xs2 zum einen, trotz im wesentlichen gleichbleibender Bedingungen, also z.B. bei stationär strömender Flüssigkeit mit konstanter Dichte und Viskosität und mit einem weitgehend konstant gehaltenen Anteil an mitgeführten Luftblasen, über die Zeit in erheblichem Maße schwanken kann. Zum anderen aber wurde auch festgestellt, daß der in praktisch nicht vorherbestimmbarer Weise schwankende Erregerstrom iexc bzw. die Schwingungsmeßsignale xs1, xs2, insb. deren Amplituden, jeweils eine empirische Standardabweichung bzw. eine empirische Streuung sp aufweisen können, die sehr stark mit dem Grad der Inhomogenität korreliert sind. Dementsprechend wird der Zwischenwert X2 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung als Funktion der Streuungen sp der für die konkrete Anwendung gewählten Strömungsund/oder Betriebsparameter ermittelt, d.h. es soll geltenBy evaluating a number of temporal amplitude profiles of the vibration measurement signals and the excitation current i exc , which were recorded during measurements carried out on various liquids disturbed in a predetermined manner, it has also been shown that both the excitation current i exc and the vibration measurement signals x s1 ) x s2, on the one hand, despite essentially constant conditions, for example in the case of a steadily flowing liquid with constant density and viscosity and with a largely constant proportion of entrained air bubbles, which can fluctuate considerably over time. On the other hand, it was also found that the excitation current i exc, which fluctuates in a practically unpredictable manner, or the vibration measurement signals x s1 , x s2 , especially their amplitudes, can each have an empirical standard deviation or an empirical scatter s p , which are very strong are correlated with the degree of inhomogeneity. Accordingly, the intermediate value X 2 is determined according to an embodiment of the invention as a function of the scatter s p of the flow and / or operating parameters selected for the specific application, that is, it should apply
[0097] X2 = f(sp) (2)X 2 = f (s p ) (2)
[0098] Dabei kann der Zwischenwert X2 sowohl anhand der Streuung eines einzigen Strömungs- und/oder Betriebsparameters, beispielsweise des Erregerstroms, als auch anhand einer Kombination mehrerer Strömungsund/oder Betriebsparameter ermittelt werden. [0099] Die Berechnung der jeweiligen Streuung sp zum Zwecke der Ermittlung des Zwischenwerts X2 kann im Betrieb des Coriolis-Massedurchfluß-Meßgeräts 1 anhand eines Samplings AF von m Messwerten a; des gewählten Strömungsparameters, beispielsweise des Zwischenwerts Xκ oder des Dichte-Meßwerts Xp, oder des gewählten Betriebsparameters, beispielsweise des Erregerstroms iexc oder einem der Schwingungsmesssignale xs1, xs2 oder dergleichen, gemäß der bekannten Funktion:The intermediate value X 2 can be determined both on the basis of the scatter of a single flow and / or operating parameter, for example the excitation current, and on the basis of a combination of several flow and / or operating parameters. The calculation of the respective scatter s p for the purpose of determining the intermediate value X 2 can be carried out during the operation of the Coriolis mass flow meter 1 using a sampling AF of m measured values a; the selected flow parameter, for example the intermediate value X κ or the density measured value Xp, or the selected operating parameter, for example the excitation current i exc or one of the vibration measurement signals x s1 , x s2 or the like, according to the known function:
[0100] erfolgen, wobei a dem für das Sampling AF geschätzten Mittelwert entspricht. Die einzelnen Messwerte aj können hierzu z.B. im flüchtigen Datenspeicher RAM digital abgelegt sein. Falls erforderlich, kann das der Ermittlung der Streuung sp dienende Sampling AF z.B. auch eine in entsprechender Weise abgespeicherte Abtastfolge eines Amplitudenverlaufs eines analog gemessenen Betriebsparameters, beispielsweise ein Abschnitt einer digitalisierten Hüllkurve des Erregerstroms iexc oder eines der Schwingungsmesssignale xs1, xs2 sein.[0100], where a corresponds to the mean value estimated for the sampling AF. For this purpose, the individual measured values aj can be stored digitally, for example, in the volatile RAM. If necessary, the sampling AF used to determine the scatter s p can, for example, also be a correspondingly stored sampling sequence of an amplitude profile of an operating parameter measured in an analog manner, for example a section of a digitized envelope curve of the excitation current i exc or one of the vibration measurement signals x s1 , x s2 .
[0101] Untersuchungen haben gezeigt, daß für eine hinreichend genaue Schätzung der Streuung s Samplings AF von nur relativ geringer Mächtigkeit, m, z.B. von jeweils etwa 100 bis 1000 Messwerten a„ erforderlich sind, wobei die einzelnen Messwerte auch nur innerhalb eines sehr schmalen Abtastfenster oder Zeitintervalls von etwa 1 bis 2 Sekunden abgetastet sein müssen. Dementsprechend wäre auch eine relativ niederige Abtastfrequenz in der Größenordnung von wenigen Kilohertz, z.B. etwa 1 bis 5 kHz ausreichend.Investigations have shown that, for a sufficiently precise estimate of the scattering, s samples AF of only a relatively small thickness, m, e.g. of approximately 100 to 1000 measured values a "are required, the individual measured values also only having to be sampled within a very narrow sampling window or time interval of approximately 1 to 2 seconds. Accordingly, a relatively low sampling frequency would be on the order of a few kilohertz, e.g. about 1 to 5 kHz is sufficient.
[0102] Es hat sich ferner gezeigt, daß sich der Zwischenwert Xκ für zahlreiche Anwendungen als Lösung einfacher, insb. linearer oder quadratischer, Funktionen mit dem Zwischenwert als Argument ermitteln lässt, so dass zur Ermittlung der abzuspeichernden Vorgabwerte für den Zwischenwert X κ einige wenige naß, also unter Verwendung von entsprechenden Prüffluiden, kalibrierte Meßpunkte ausreichen, um den Tabellenspeicher durch einfache Interpolations- und/oder Extrapolationsverfahren zwischen diesen beim Kalibrieren experimentell ermittelten Stützstellen, z.B. unter Anwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, praktisch ohne weitere Kalibriermessungen mit den restlichen Vorgabewerten auffüllen zu können. Für einige Anwendungen hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die Vorgabewerte für den Zwischenwert Xκ als Lösung einer Arcustangens-Funktion oder einer Sigmodal-Funktion zu berechen. Zur Reduzierung des Kalibrieraufwands kann die Ermittlung der Vorgabwerte für den Zwischenwert Xκ in vorteilhafter Weise im Rahmen einer Typkalibrierung durchgeführt werden, bei der wenige tatsächlich gemessene und ggf. auch berechnete Vorgabewerte für typgleiche Coriolis-Massedurchfluß-Meßgerät übernommen werden.It has also been shown that the intermediate value X κ can be determined for numerous applications as a simple, in particular linear or quadratic, function with the intermediate value as an argument, so that some are used to determine the preset values to be stored for the intermediate value X κ a few wet, i.e. using appropriate test fluids, calibrated measuring points are sufficient to practically without the table memory by simple interpolation and / or extrapolation methods between these support points determined experimentally during calibration, e.g. using the method of least squares to be able to fill up further calibration measurements with the remaining default values. For some applications, however, it has proven to be advantageous to calculate the default values for the intermediate value X κ as a solution of an arctangent function or a sigmodal function. To reduce the calibration effort, the determination of the default values for the intermediate value X κ can advantageously be carried out as part of a type calibration in which a few actually measured and possibly also calculated default values are adopted for Coriolis mass flow measuring devices of the same type.
[0103] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird mittels der Auswerte-Elektronik anhand des Dichte-Meßwerts Xp und anhand eines vorab bestimmten oder zeitnah gemessenen Referenzdichte-Wert Kp, der beispielsweise als konstanter Wert bei der Inbetriebnahme des Coriolis-Massedurchflußmesser abgespeichert oder im Betrieb von extern an den Coriolis-Massedurchflußmesser übermittelt werden kann, eine Abweichung Δp der Dichte p des Mediums von einer vorgegebenen Referenzdichte bestimmt. Zur Erzeugung des Korrekturwerts Xκ wird die so ermittelte Abweichung Δp mit dem zweiten Zwischenwert X2 basierend auf der FunktionsgleichungAccording to a further embodiment of the invention, the evaluation electronics are used to store the measured density value Xp and a previously determined or timely measured reference density value Kp, which is stored, for example, as a constant value when the Coriolis mass flow meter is started up or in operation can be transmitted externally to the Coriolis mass flow meter, a deviation Δp of the density p of the medium from a predetermined reference density is determined. To generate the correction value X κ , the deviation Δp thus determined is based on the functional equation with the second intermediate value X 2
[0104] Xκ = Δp . X2 (4)X κ = Δp. X 2 (4)
[0105] verrechnet.[0105] calculated.
[0106] Der Referenzdichte-Wert Kp kann in Kenntnis des zu messenden Fluids manuell, beispielsweise vor Ort oder von einer entfernten Leitwarte aus, eingegeben oder von einem externen Dichtemsser an die Meßgerät-Elektronik, beispielsweise via Feldbus, gesendet werden.Knowing the fluid to be measured, the reference density value Kp can be entered manually, for example on site or from a remote control room, or sent from an external density meter to the measuring device electronics, for example via fieldbus.
[0107] Er kann aber auch direkt mittels der Auswerte-Elektronik 21 für das Fluid vorab ermittelt werden, beispielsweise dann, wenn das Fluid einphasig oder zumindest weitgehend homogen ist. Dementsprechend wird daher nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Referenzdichte-Wert Kp unter Verwendung eines ebenfalls in der Meßgerät-Elektronik gespeicherten Dichte-Meßwerts Xp0 ermittelt, wobei der gespeicherte Dichte-Meßwerts Xρι0 eine Dichte des Mediums repräsentiert, die bei homogenen Medium oder bei als homogen angenommen Medium gemessen worden ist. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung wird der als Referenzdichte-Wert Kp abgespeicherte Dichte-Meßwerts Xρ0 zur nachträglichen Korrektur eines zuvor bei inhomogenem Medium ermittelten Zwischenwert X'm verwendet. Diese Ausgestaltung der Erfindung kann in besonders vorteilhafter Weise z.B. bei einem Dosier- oder Abfüllprozeß eingesetzt werden, bei dem einerseits innerhalb einer Charge in kurzer zeitlicher Abfolge in erheblichem Maße voneinander verschiedene Strömungsbedingungen im Meßrohr herrschen, insb. auch bei nicht vollständig befülltem Meßrohr, und bei dem aber andererseits vornehmlich der über eine gesamte Charge totalisierten Massendurchfluß, letztlich aber die Gesamtmasse des tatsächlich abgefüllten Mediums von Interesse ist. Die vorgenannten, dem Erzeugen des Massendurchfluß-Meßwertes Xm dienenden Funktionen, symbolisiert durch die Gl. (1) bis (4), können zumindest teilweise in einer Auswerte-Stufe 54 der Meßgerät-Elektronik 50 implementiert sein. Die Auswerte-Stufe 54 kann in vorteilhafter Weise z.B. ebenfalls mittels des Signalprozessors DSP oder z.B. auch mittels des oben erwähnten Mikrocomputers 55 realisiert sein. Das Erstellen und Implementieren von entsprechenden Algorithmen, die mit den vorbeschriebenen Gleichungen korrespondierenden oder die die Funktionsweise der Amplitudenregelschaltung 51 bzw. der Frequenzregelschaltung 52 nachbilden, sowie deren Übersetzung in solchen Signalprozessoren ausführbaren Programm-Codes ist dem Fachmann an und für sich geläufig und bedarf daher keiner detailierteren Erläuterung. Selbstverständlich können vorgenannte Gleichungen auch ohne weiteres ganz oder teilweise mittels entsprechender diskret aufgebauter, analoger und/oder digitaler Rechenschaltungen in der Meßgerät-Elektronik 50 dargestellt werden. [0107] However, it can also be determined directly in advance for the fluid by means of the evaluation electronics 21, for example when the fluid is single-phase or at least largely homogeneous. Accordingly, according to a further embodiment of the invention, the reference density value Kp is determined using a density measurement value Xp 0 , which is also stored in the measuring device electronics, the stored density measurement value Xρ ι0 representing a density of the medium, which in the case of homogeneous medium or with the medium assumed to be homogeneous has been measured. According to a further development of this embodiment of the invention, the density measurement value Xρ 0 stored as the reference density value Kp is used for the subsequent correction of an intermediate value X ′ m previously determined in the case of an inhomogeneous medium. This embodiment of the invention can be used in a particularly advantageous manner, for example in a metering or filling process, in which, on the one hand, there are considerable flow conditions in the measuring tube from one another in a short time sequence, in particular even when the measuring tube is not completely filled, and in which, on the other hand, is primarily the mass flow totalized over an entire batch, but ultimately the total mass of the medium actually filled is of interest. The aforementioned functions, which serve to generate the mass flow measured value X m , symbolized by Eq. (1) to (4) can be at least partially implemented in an evaluation stage 54 of the measuring device electronics 50. The evaluation stage 54 can advantageously also be implemented, for example, by means of the signal processor DSP or, for example, also by means of the microcomputer 55 mentioned above. The creation and implementation of corresponding algorithms which correspond to the above-described equations or which simulate the functioning of the amplitude control circuit 51 or the frequency control circuit 52, and their translation into program codes which can be carried out in such signal processors is known per se to a person skilled in the art and therefore does not require any more detailed explanation. Of course, the aforementioned equations can also be easily or completely represented in the measuring device electronics 50 by means of corresponding, discretely constructed, analog and / or digital computing circuits.

Claims

Ansprüche Expectations
1. 1. Coriolis-Massedurchflußmesser, insb. Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemesser, zum Messen eines Massedurchflusses eines zwei- oder mehrphasigen Mediums, das in einer Rohrleitung strömt, welcher Coriolis-Massedurchflußmesser umfaßt: mindestens ein in den Verlauf der Rohrleitung eingesetztes Meßrohr (11), das im Betrieb vom Medium durchströmt ist, ein Trägermittel (12), das an einem einlaßseitigen Ende und einem auslaßseitigen Ende des Meßrohrs (11) fixiert ist und dieses somit schwingfähig einspannt, eine Erregeranordnung (13), die das Meßrohr (11) im Betrieb in mechanische Schwingungen, insb. Biegeschwingungen, versetzt, Schwingungsensoren (141 , 142) zum Erzeugen eines einlaßseitige Schwingungen des Meßrohrs (11) repräsentierenden ersten Schwingungsmeßsignals (xs1) sowie eines auslaßseitige Schwingungen des Meßrohrs (11) repräsentierenden zweiten Schwingungsmeßsignals (xs2), sowie eine Meß- und Betriebs-Elektronik (2), die einen die Erregeranordnung (13) treibenden Erregerstrom (iexc) und einen Massedurchfluß-Meßwert (Xm) liefert, der einen zu messenden Massedurchfluß repräsentiert, wobei die Meß- und Betriebs-Elektronik (2) einen von den Schwingungsmeßsignalen (xs1, xs2) abgeleiteten, mit dem zu messenden Massedurchfluß korrespondierenden ersten Zwischenwert (X'm) und einen Korrekturwert (Xκ) für den ersten Zwischenwert (X'm) erzeugt, sowie anhand des ersten Zwischenwerts (X'm) und des Korrekturwerts (Xκ) den Massedurchfluß-Meßwert (Xm) ermittelt, wobei die Meß- und Betriebs-Elektronik (2) den Korrekturwert (Xκ) unter Verwendung wenigstens eines zweiten Zwischenwerts (X2) erzeugt, der von wenigstens einem der Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2) und/oder vom Erregerestrom (iexc ) abgeleitet ist, und der ein Maß für einen Anteil einer Phase des Mediums repräsentiert, wobei die Meß- und Betriebs-Elektronik (2) einen Tabellenspeicher (56) aufweist, in dem eine Vielzahl diskreter Vorgabewerte für den Korrekturwert (Xκ) digital abgespeichert ist, und zur Ermittlung des Korrekturwert (Xκ) einen der Vorgabewerte verwendet, der unter Verwendung des zweiten Zwischenwerts (X2) aus dem Tabellenspeicher (56) ausgelesen ist.1. 1. Coriolis mass flow meter, especially Coriolis mass flow / density meter, for measuring a mass flow of a two-phase or multi-phase medium flowing in a pipeline, which Coriolis mass flow meter comprises: at least one measuring tube inserted into the course of the pipeline ( 11), which is flowed through by the medium during operation, a carrier means (12) which is fixed at an inlet-side end and an outlet-side end of the measuring tube (11) and thus clamps it so that it can vibrate, an excitation arrangement (13) which the measuring tube (11 ) in operation in mechanical vibrations, in particular bending vibrations, vibration sensors (141, 142) for generating an inlet-side vibrations of the measuring tube (11) representing first vibration measurement signal (x s1 ) and an outlet-side vibrations of the measuring tube (11) representing second vibration measurement signal (x s2 ), and a measuring and operating electronics (2), the one the exciter arrangement (13) driving excitation current (i exc ) and a mass flow measured value (X m ), which represents a mass flow to be measured, the measuring and operating electronics (2) one derived from the vibration measurement signals (x s1 , x s2 ), with which mass flow to be measured corresponding to the first intermediate value (X ' m ) and a correction value (X κ ) for the first intermediate value (X' m ), and based on the first intermediate value (X ' m ) and the correction value (X κ ) the mass flow measurement value (X m ) is determined, the measuring and operating electronics (2) generating the correction value (X κ ) using at least one second intermediate value (X 2 ), which is generated by at least one of the vibration measurement signals (x s1 , x s2 ) and / or is derived from Erregerestrom (i exc), and which represents a measure for a portion of a phase of the medium, wherein the measuring and operating electronics (2) has a table memory (56) in which a plurality of discrete standard values f is stored digitally r the correction value (X κ), and uses one of the standard values for determining the correction value (X κ) is read out using the second intermediate value (X 2) from the table memory (56).
2. 2. Coriolis-Massedurchflußmesser nach Anspruch 1 , bei dem die Auswerte-Elektronik (2) einen vom ersten und/oder vom zweiten Schwingungsmeßsignal (xsι, xS2) abgeleiteten, eine Dichte des Mediums repräsentierenden Dichte-Meßwert (Xp) liefert und bei dem die Auswerte-Elektronik (2) den Korrekturwert (Xκ) unter Verwendung des Dichte-Meßwerts (Xp) bestimmt.2. 2. Coriolis mass flow meter according to claim 1, wherein the Evaluation electronics (2) provides a density measurement value (Xp) derived from the first and / or second vibration measurement signal (x s ι, x S 2) and represents the density of the medium, and the evaluation electronics (2) provide the correction value (X κ ) determined using the density measurement value (Xp).
3. 3. Coriolis-Massedurchflußmesser nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Auswerte-Elektronik (2) mittels des zweiten Zwischenwerts (X2) eine Speicheradresse für einen als momentaner Korrekturwert (Xκ) dienenden Vorgabewert im Tabellenspeicher ermittelt.3. 3. Coriolis mass flow meter according to one of the preceding claims, in which the evaluation electronics (2) uses the second intermediate value (X 2 ) to determine a memory address for a default value serving as a current correction value (X κ ) in the table memory.
4. 4. Coriolis-Massedurchflußmesser nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der zweite Zwischenwert (X2) anhand einer zumindest für ein vorgegebenes Zeitintervall ermittelte Streuung einer Amplitude des Erregerstroms (iexc), einer Amplitude der Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2), einer Schwingungsfrequenz der Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2), einer gemessenen Dichte und/oder des ersten Zwischenwerts (X'm) ermittelt ist.4. 4. Coriolis mass flow meter according to one of the preceding claims, in which the second intermediate value (X 2 ) on the basis of a scatter of an amplitude of the excitation current (i exc ) determined at least for a predetermined time interval, an amplitude of the vibration measurement signals (x s1 , x s2 ), an oscillation frequency of the oscillation measurement signals (x s1 , x s2 ), a measured density and / or the first intermediate value (X ' m ) is determined.
5. 5. Coriolis-Massedurchflußmesser nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Auswerte-Elektronik (2) den Massedurchfluß-Meßwert (Xm) basierend auf der Funktionsgleichung Xm = 11 + x -Xm ermittelt.5. 5. Coriolis mass flow meter according to one of the preceding claims, in which the evaluation electronics (2) determine the mass flow measurement value (X m ) based on the functional equation X m = 11 + x -X m .
6. 6. Verfahren zum Erzeugen eines eines eine physikalische Meßgröße repräsentierenden Messwerts (Xm), insb. eines Massedurchfluß-Meßwerts, der einen Massedurchfluß eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums repräsentiert, mittels eines Coriolis-Massedurchflußmessers, insb. Coriolis-Massedurchfluß-/ Dichtemessers, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: Bewirken von Schwingungen, insb. Biegeschwingungen, eines vom Medium durchströmten Meßrohrs (11) des Coriolis-Massedurchflußmessers, Erfassen der Schwingungen des Meßrohrs (11) und Erzeugen eines einlaßseitige Schwingungen repräsentierenden ersten Schwingungsmeßsignals (xs1) und eines auslaßseitige Schwingungen repräsentierenden zweiten Schwingungsmeßsignals (xs2), Entwickeln eines, insb. mit dem Massedurchfluß korrespondierenden, ersten Zwischenwertes (X' m) unter Verwendung der beiden Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2), Ermitteln eines zweiten Zwischenwerts (X2), insb. unter Verwendung wenigstens eines der beiden Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2), Erzeugen eines Korrekturwertes (Xκ) für den Zwischenwert (X'm) mittels des zweiten Zwischenwerts (X2), der ein Maß für einen Anteil einer Phase des Mediums repräsentiert, sowie Korrigieren des Zwischenwertes (X'm) mittels des Korrekturwertes (Xκ), wobei der Korrekturwert (Xκ) unter Verwendung des zweiten Zwischenwerts (X2) und unter Verwendung eines Tabellenspeichers, in dem eine Vielzahl diskreter Vorgabewerte für den Korrekturwert (Xκ) digital abgespeichert ist, dadurch ermittelt wird, daß der momentan zu verwendende Vorgabewert für den Korrekturwert (Xκ) anhand des zweiten Zwischenwerts (X2) identifiziert und aus dem Tabellenspeicher ausgelesen wird.6. 6. Method for generating a measured value (X m ) representing a physical measured variable, in particular a mass flow measured value, which represents a mass flow of a medium flowing in a pipeline, by means of a Coriolis mass flow meter, in particular Coriolis mass flow / Density meter, the method comprising the following steps: causing vibrations, in particular bending vibrations, of a measuring tube (11) through which the medium flows and the Coriolis mass flow meter, detecting the vibrations of the measuring tube (11) and generating a first vibration measuring signal (x s1 ) representing inlet-side vibrations and a second vibration measurement signal (x s2 ) representing exhaust-side vibrations, developing a first intermediate value (X ' m ), in particular corresponding to the mass flow, using the two vibration measurement signals (x s1 , x s2 ), determining a second intermediate value (X 2 ), esp. Using at least ens one of the two vibration measurement signals (x s1 , x s2 ), generating a correction value (X κ ) for the intermediate value (X ' m ) using the second intermediate value (X 2 ), which represents a measure for a portion of a phase of the medium, and correcting the intermediate value (X' m ) using the correction value (X κ ), wherein the correction value (X κ) using the second intermediate value (X 2), and using a table memory, in which a plurality of discrete standard values for the correction value (X κ) digitally stored, is determined by the fact that the currently to be used default value for the correction value (X κ ) is identified on the basis of the second intermediate value (X 2 ) and is read out from the table memory.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6 weiters umfassend einen Schritt des Entwickeins eines als Messwert (Xm) dienenden Massedurchfluß-Meßwert, der einen Massendurchfluß des Mediums repräsentiert, anhand der Meßsignale (x s1 > xs2)-7. The method according to claim 6 further comprising a step of developing a mass flow measurement value serving as a measurement value (X m ), which represents a mass flow rate of the medium, on the basis of the measurement signals (x s1> x s2).
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, weiters umfassend folgende Schritte: Entwickeln eines eine Dichte des Mediums repräsentierenden zweiten Meßwerts (Xp) anhand der Meßsignale (xs1, xs2) und Entwickeln eines Korrekturwertes (Xκ) unter Verwendung des zweiten Meßwerts (Xp).8. The method as claimed in claim 6 or 7, further comprising the following steps: developing a second measured value (Xp) representing a density of the medium on the basis of the measurement signals (x s1 , x s2 ) and developing a correction value (X κ ) using the second Measured value (Xp).
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, das folgende weiteren Schritte umfaßt: Fließenlassen eines Erregerestroms (iexc) durch eine mit dem Messrohr (11) mechanisch gekoppelte elektro-mechanische Erregeranordnung (13) zum Bewirken von Schwingungen des Meßrohrs (11), und Ermitteln eines zweiten Zwischenwerts (X2) unter Berücksichtigung des Erregerestroms (iexc).9. The method according to any one of claims 6 to 8, comprising the following further steps: flowing an excitation current (i exc ) through an electro-mechanical excitation arrangement (13) mechanically coupled to the measuring tube (11) for causing vibrations of the measuring tube ( 11), and determining a second intermediate value (X 2 ) taking into account the excitation current (i exc ).
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der zweite Zwischenwert (X2) wenigstens eine für ein vorgegebenes Zeitintervall ermittelte Streuung eines für das in der Rohrleitung strömende Mediums ermittelten Messwerts, insb. eines gemessenen Massedurchflusses, einer gemessenen Dichte oder einer gemessenen Viskosität, und/oder eine für ein vorgegebenes Zeitintervall ermittelte Streuung eines Betriebsparameters des Coriolis-Massedurchflußmessers, insb. einer Amplitude der Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2) oder einer Schwingungsfrequenz der Schwingungsmeßsignale (xs1, xs2), repräsentiert. 10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the second intermediate value (X 2 ) at least one scatter determined for a predetermined time interval of a measured value determined for the medium flowing in the pipeline, in particular a measured mass flow rate, a measured density or a measured viscosity and / or determined for a predetermined time interval scattering of an operating parameter of the Coriolis mass flow meter, esp. an amplitude of the oscillation measurement signals (x s1, x s2) or an oscillation frequency of the oscillation (x s1, x s2) represented.
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