CN100417920C - 质量流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流动媒体的质量流量测量装置，其按照科里奥利原理工作。在科里奥利测量管(4)上至少设置有一个振荡发生器(5)和至少一个采集科里奥利力和/或基于科里奥利力的振荡的传感器(6，7)。分析装置(8)根据传感器信号确定出一个流量测量值。设置了可以与对科里奥利力和/或基于科里奥利力的振荡的采集无关地确定测量管中的零流量、并产生相应的测量信号的装置(8，12，13)。这些装置例如可以包括用于根据磁感应测量方法、借助声信号根据传播时间差方法或多普勒方法、根据差压方法、根据量热方法和/或悬浮体方法进行流量测量的传感器。由此解决了根据科里奥利原理工作的测量装置中由于零点偏移造成的测量误差的问题。

Description

质量流量测量装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的上位概念按照科里奥利(Coriolis)原理工作的流动媒体质量流量测量装置。
背景技术
这样的按照科里奥利原理工作的流动媒体质量流量测量装置例如在DE19620079C2中有所公开。其中描述了科里奥利测量管实施为直的质量流量测量装置，以及具有弯曲的、尤其是环形的科里奥利测量管的这样的装置。此外，还区分了仅具有一个科里奥利测量管和具有两个科里奥利测量管的质量流量测量装置。在具有两个科里奥利测量管的实施中，两个科里奥利测量管可以在流体技术上串联或并联地设置。对于具有两个直的或弯曲的测量管的质量流量测量装置来说，大多将两个测量管实施为成对相同的并使它们相对振动地设置，激励其振动。在此质量中点的位置保持恒定，补偿了出现的力。这具有这样的正面效果，即振动的系统向外不作用为振动的系统。因此在装有这种质量流量测量装置的导管系统中不会引入振动，而另一方面当适当设置该质量流量测量装置时，导管系统的振动不会影响测量结果。
对于仅具有一个直的科里奥利测量管的按照科里奥利原理工作的质量流量测量装置来说，由于相对振动的测量管带来的正面效果不会发生。质量中点不再保持恒定而出现的力也不会得到补偿。其结果是一方面振动会传递到装有这种质量流量测量装置的导管系统中，而另一方面导管系统的振动可能影响测量结果。
但仅具有一个直的科里奥利测量管的按照科里奥利原理工作的质量流量测量装置相对于其它具有两个科里奥利测量管或至少一个弯曲的科里奥利测量管的质量流量测量装置来说也具有非常大的优点。首先，其相对于具有两个测量管的装置的优点在于不需要流体分配器和流体综合器，而流体分配器和流体综合器使得无法利用穿行的清洁物(如尾状刷)来清洁测量管系统。此外直的测量管就其机械结构来说相对简单并因此而造价相对低。再者测量管的内表面很易处理，能够轻易抛光，从而这类测量管的压力损失也相对小。
通常对于具有一个直的测量管的质量流量测量装置在管中央安装一个振动激励器，其使测量管以其谐振频率发生振动。在振动激励器之前和之后安装了作为传感器的振动检测器，有流体时该检测器的信号之间的相位差被作为测量信号进行分析。在实践中，就是在测量管中没有流体时这样的装置也常常会给出非零的相位差。其原因可能是张力、不同的温度要求、管材料的非均匀性，检测器或分析装置的所属电路中的相位误差，等等。因此需要在构建质量流量测量装置之后在过程技术设备的导管中对没有流体而存在的相位差进行校准，以便能够纠正这样的误差源的影响。为使在较长时间的运行之后也能达到所要求的精确性，须对校准不断进行检查。
例如可以考虑为了在零流量时手工校准质量流量测量装置而关闭设置在同一导管中与该质量流量测量装置串联的阀门，以有目的地设置零流量。当该质量流量测量装置给出的测量值不等于零时，可以确定用于补偿该误差的新校准数据并存储在存储器中用于在以后的测量运行中进行误差补偿。当然在必要时也可以对以上所述的其它科里奥利质量流量测量装置类型采用这样的措施。但这样的过程往往伴随高的开销。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种按照科里奥利原理工作的流动媒体质量流量测量装置，其突出之处尤其在于在零流量时改进的测量精度。
本发明技术问题是通过一种用于流动媒体的质量流量测量装置解决的，该装置按照科里奥利原理工作，具有：科里奥利测量管；至少一个作用于该科里奥利测量管的振荡器；至少一个采集科里奥利力和/或基于科里奥利力的振荡的传感器，用于产生测量信号；以及分析装置，其根据该测量信号确定流量测量值并输出。该装置的特征在于，设置了至少一个用于根据磁感应测量原理和/或用于借助声信号根据传播时间差方法和/或多普勒方法和/或用于根据差压方法和/或根据量热方法和/或根据悬浮体方法进行流量测量的附加传感器，通过这些附加传感器可以与对科里奥利力和基于科里奥利力的振荡的采集无关地确定测量管中的零流量，并产生相应的附加测量信号；以及通过所述分析装置至少在零流量的区域内根据该附加测量信号确定流量测量值并输出。
本发明的优点在于，能够可靠地识别由于上述效应、主要是在采集科里奥利力和基于科里奥利力的振荡时影响测量结果的零点偏移，并由此对其进行校准，因为在该质量流量测量装置中设置了可用于与该采集无关地确定测量管中的零流量的装置。因此在优选实施方式中不再需要为准确设置科里奥利流量测量器的零点而实现准确平衡的振荡系统。尤其是可以舍去由于迄今通常须机械地耦合在测量管上的附加质量而导致的高开销的系统平衡。对于振荡系统的平衡不敏感性的改进还有这样的优点，即同一质量流量测量装置也可以用于流过测量管的媒体的其它特殊密度范围。相反，迄今的质量流量测量装置须对某一特定的密度范围进行优化。如果变换媒体，则须将测量装置替换为针对该新媒体的密度优化的另一测量装置，或者须设置多个分别用于不同特殊密度范围的测量装置。而现在由于克服了零流量时的测量值误差，因此可以有利地仅用一个测量装置就能在多个应用范围内对可能的不同媒体来测量媒体流量。
通过在确定零流量时的自动校准可以有利地避免手动校准过程。作为可用于与对科里奥利力和基于科里奥利力的振荡的采集无关地确定测量管中的零流量的装置，可以优选采用根据磁感应测量原理进行流量测量的传感器、借助声信号根据传播时间差方法和/或多普勒方法进行流量测量的传感器、根据差压方法、根据量热方法和/或悬浮体方法进行流量测量的传感器。所有这些传感器都具有这样的优点，即其可以较低的开销制造，因为对于这样的用于确定零流量的传感器较简单的装置就已足够。因此，例如一个用于根据磁感应测量原理进行流量测量的传感器足以用于监测电极电压的消失。在采用借助声信号根据传播时间差方法进行流量测量的传感器时，通常在管壁的相对侧上径向相互调谐地设置两个彼此交替地作为超声波发送器和超声波接收器运行的声换能器。在此，测量声波的顺流和逆流传播时间，并由这些传播时间计算出差值。在此由于互易原理抑制了零点偏移，并由此实现了对零流量的准确确定。由于这些传感器仅用于确定零流量而非用于对流量的量化测量，因此测量与流量特性的关系不大，可以采用低成本传感器。
对于具有直的科里奥利测量管的质量流量测量装置，本发明尤其具有优点，因为在此零流量测量根据科里奥利原理而如上所述这尤其是有问题的。
在测量管的开始和/或结尾的区域内设置附加传感器的优点在于，在此振荡的振幅尤其小，因此传感器的附加质量对根据科里奥利原理的流量测量的影响非常小。
当采用根据科里奥利原理实施流量测量的本已存在的分析装置对由附加传感器提供的信号进行处理和分析时，本发明尤其可用很小的开销实现。
附图说明
以下借助示出本发明实施例的附图对本发明及本发明的实施例和优点进行详述。图中示出：
图1示出质量流量测量装置的方框图；以及
图2示出用于说明校准数据的图。
具体实施方式
根据图1的质量流量测量装置1根据科里奥利原理工作。为简洁起见，图中未示出通常存在但不是必须的机壳。流动媒体2流过所示实施例中的直的测量管4的通道3，振荡发生器5这样作用于该测量管4，使测量管4在垂直于管轴的方向上被激励成振荡。传感器6和传感器7用于采集测量管4的科里奥利力和/或由于流过的媒体2的质量引起的基于科里奥利力的振荡。如在此的实施例中所示的，通常为此采用两个传感器并在分析装置8中将所记录的振荡之间的相移作为测量信号来进行分析，分析装置8还控制振荡发生器5。当然，测量管还可与所示实施例中的不同采用其它几何形状，如具有弯曲的测量管轴，或者还可以选择不同数目和设置的振荡激励器和振荡传感器。但在此始终存在着本文开始所述的根据科里奥利原理工作的质量流量测量装置的问题，即在零点运行时、也就是在测量管4中没有流体并因此测量值应为“0”时，测量信号的电平发生偏移。其原因例如可能是在构建测量装置时通过已有的过程技术设备的导管中的两个凸缘(Flansche)9和10而耦合到测量管4中的可变夹固力(Einspannkraefte)、波动的温度要求，等等。零点的位置由分析装置借助存储在分析装置的存储器11中的校准数据来考虑。分析装置8借助存储的校准数据根据测量信号来确定测量值，该测量值在显示装置15上输出或通过图中未示出的现场总线传输给上一级的控制站。因此随着时间的推移需要新的校准，其中确定新的用于消除测量误差的校准数据并存储在存储器11中以在将来的测量中考虑。为了在零流量时对质量流量测量装置1进行校准，必须首先可靠而高度准确地确定零流量。为此在所示实施例中设置了两个附加传感器12和13，它们交替地作为超声波发送器和超声波接收器运行。在超声波测量段的运行中，超声波信号沿着基本为M形的测量段14穿过媒体2。在两个传播方向上测量传播时间并计算传播时间差。分析装置8控制传感器12和13并对其提供的信号进行分析。由于对选择的超声波测量方法适用的互易原理，在测量零流量时尤其能达到相对高的准确性。两个附加传感器12和13设置在测量管4的边沿区域，靠近凸缘9和10，由此可使它们尽可能处于振荡之外，从而在根据科里奥利原理进行流量测量时实际上不影响测量管4的振荡特性。
以下借助图2说明计算新校准数据的原理，其中举例示出表示根据科里奥利力和/或基于科里奥利力的振荡产生的测量信号Qs和在分析装置8(图1)中借助存储的校准数据确定的测量值Q之间的线性相关性的直线20。在横轴上为测量信号Qs，纵轴上为测量值Q。
测量值Q与测量信号Qs的相关性由下式给出：
Q＝a·Qs+b
其中斜率a和偏差b是作为校准数据而存储的参数。斜率a可以作为当测量信号Qs改变ΔQs时给出的测量值Q的改变ΔQ来计算。斜率a的确定可以按照常规的方式进行并且不是本发明的内容。在横轴上零点N偏移，这给出借助传感器6和7按照科里奥利原理产生的测量信号Qs在零流量下与理想值Qs＝0的偏移值为多少。利用主要与测量系统的几何特性和刚性相关并因此而在运行期间几乎不发生改变的直线20的斜率a，可以简单的方式在零点N改变时重新计算校准数据，只要已由附加传感器12和13(图1)确定了零流量。新的偏差b作为斜率a和新确定的零点N的负乘积来计算，并存储在存储器11中以用于将来的测量的误差补偿。在确定零流量的同时，通过质量流量测量装置给出测量值“0”。
在按照图1所述的实施例中，采用两个传感器12和13来确定零点。当然还可以采用仅有一个传感器的实施方式。这例如是在这种情况下，即为了确定零流量采用根据磁感应测量原理、根据量热方法或悬浮体方法进行流量测量的传感器。此时例如舍去图1中的传感器13。而当采用根据差压方法的传感器时，采用两个压力传感器作为传感器12和13是具有优点的。在另一种利用一个传感器借助声信号根据多普勒原理进行流量测量的实施方式中，原理上除了用于科里奥利测量的传感器外同样仅需一个附加传感器。

Claims (4)

1. 一种用于流动媒体的质量流量测量装置，其按照科里奥利原理工作，具有
-科里奥利测量管(4)，
-至少一个作用于该科里奥利测量管(4)的振荡器(5)，
-至少一个采集科里奥利力和/或基于科里奥利力的振荡的传感器(6，7)，用于产生测量信号，以及
-分析装置(8)，其根据该测量信号确定流量测量值并输出，
其特征在于，
-设置了至少一个用于根据磁感应测量原理和/或用于借助声信号根据传播时间差方法和/或多普勒方法和/或用于根据差压方法和/或根据量热方法和/或根据悬浮体方法进行流量测量的附加传感器(12，13)，通过这些附加传感器(12，13)可以与对科里奥利力和基于科里奥利力的振荡的采集无关地确定测量管(4)中的零流量，并产生相应的附加测量信号，以及
-通过所述分析装置至少在零流量的区域内根据该附加测量信号确定流量测量值并输出。
2. 根据权利要求1所述的质量流量测量装置，其特征在于，
-所述分析装置(8)这样构成，借助存储的校准数据根据所述测量信号来确定流量测量值并输出，以及
-在确定零流量时可以确定并存储用于校准该质量流量测量装置的校准数据。
3. 根据权利要求1或2所述的质量流量测量装置，其特征在于，
-所述科里奥利测量管(4)是直的。
4. 根据权利要求1或2所述的质量流量测量装置，其特征在于，
-所述附加传感器(12，13)设置在所述测量管的开始和/或结尾的区域内。
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