CN101198842B - 具有振动型测量变送器的在线测量仪表 - Google Patents

具有振动型测量变送器的在线测量仪表 Download PDF

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Abstract

在线测量仪表用于测量管道中的介质，特别是气态和/或液态介质。为此，它包括振动型测量变送器和与测量变送器电连接的测量仪表电子装置。测量变送器具有至少一条在工作期间振动且与管道相通的测量管、作用于至少一条测量管以用于产生并维持测量管的机械振动的机电的特别是电动的激励装置、用于产生至少一个代表测量管的振动的振动测量信号且具有至少一个设置在测量管上或附近的振动传感器的传感器装置，以及测量变送器外壳。另外，在本发明的在线测量装置中，测量仪表电子装置监测在测量变送器外壳内的静态内部压力和/或至少一条测量管的密封性。

Description

具有振动型测量变送器的在线测量仪表
技术领域
本发明涉及一种用于测量管道中流动的介质，特别是气态和/或液态介质的在线测量仪表。
背景技术
在过程测量和自动化技术中，在线测量仪表经常用于测量管道中流动的介质的物理参数，诸如质量流量、密度和/或粘度等，这种测量仪表利用由介质流过的振动型测量变送器以及连接在其上的测量和操作电路而在介质中产生反作用力，如与质量流量对应的科里奥利力、与介质密度对应的惯性力和/或与介质粘度对应的摩擦力等，并且由此产生分别代表介质的质量流量、粘度和/或密度的测量信号。
这种测量变送器，特别是构成为科里奥利质量流量计或者科里奥利质量流量/密度计，例如在WO-A 04/099735、WO-A 04/038341、WO-A03/076879、WO-A 03/027616、WO-A 03/021202、WO-A 01/33174、WO-A00/571/41、WO-A 98/07009、US-B 6,880,410、US-B 6,851,323、US-B6,807,866、US-B 6,711,958、US-B 6,666,098、US-B 6,308,580、US-A6,092,429、US-A 5,796,011、US-A 6,006,609、US-A 5,602,345、US-A5,301,557、US-A 4,876,898、US-A 4,793,191、EP-A 553939、EP-A 1 001254、EP-A 12 48 084、EP-A 1 448 956或EP-A 1 421 349中有非常多的描述。为引导至少有时流动的介质，测量变送器包括至少一个变送器管，其适当地可振动地保持在通常比较厚的特别是管状和/或梁状的支撑圆筒上或在支撑框架中。另外，测量变送器还有第二变送器管，其与第一变送器管至少通过两个，特别地通过四个连接元件(也被称为节点盘或连接器)机械连接且同样至少有时振动，其中至少第一变送器管被构成为用于引导待测介质且与管道相通的第一测量管。为产生前述的反作用力，被通常为电动的激励装置所驱动的两个变送器管在操作期间可以振动，其中两条变送器管至少有时执行围绕与测量变送器纵轴基本平行的虚拟振动轴的弯曲振动。为检测特别是入口侧和出口侧的变送器管的振动，以及为了制造至少一个表征振动的振动测量信号，这种测量变送器在这个情况下附加具有一个对变送器管的移动以及机械振动作出反应的传感器装置。
测量变送器的内部振动系统由至少一个作为测量管构成的变送器管、至少被即时地在其中传送的介质、以及至少部分由激励及传感器装置构成，在操作期间，该振动系统被机电激励装置激励至少有时以有效振动模式机械振动，该机械振动具有至少一个占主导地位的有效振动频率。这些在所谓的有效振动模式下的振动通常特别是在使用测量变送器作为科里奥利质量流量计和/或密度计的情况下至少部分被构成为侧向振动。在这种情况下，通常选择内部振动系统的自然即时谐振频率作为有效振动频率，它反过来不仅依赖于变送器管的尺寸、形状以及材质，还依赖于介质的即时密度；如果需要，有效振动频率可以被介质的即时粘度显著影响。作为被测介质变动的密度和/或操作过程中发生的介质改变的结果，在测量变送器工作期间，有效振动频率自然至少在校准的及这种情况下预先确定的有效频带内部改变，该频带相应地具有预先给定的频率下限及预先给定的频率上限。
由至少一个变送器管和激励及传感器装置共同形成的测量变送器内部振动系统通常还被具有支撑框架或支撑圆筒作为整体部件的变送器外壳容纳，其中变送器外壳机械地通过入口端与出口端与管道连接。与振动型测量变送器匹配的变送器外壳例如在WO-A 03/076879、WO-A 03/021202、WO-A 01/65213、WO-A 00/57141、US-B 6,776,052、US-B 6,711,958、US-A 6,044,715、US-A 5,301,557、EP-A 1 001 254中有描述。特别是具有弯曲变送器管的测量变送器的情况下，变送器外壳有一个与支撑框架相连特别地与之焊接在一起的壳帽。壳帽包围至少部分包围变送器管。
测量变送器外壳除了容纳至少一条测量管外，还特别用于保护测量管、激励及传感器装置以及其它内部元件免受外部环境影响，例如灰尘及水喷溅。对应的用于振动型测量变送器的壳帽包围至少一个弯曲的管段，该管段作为引导流体的测量管的一部分而在测量变送器操作期间振动，这种壳帽例如在WO-A 03/021202、WO-A 03/021203、WO-A 00/57141、US-A 5,301,557、EP-A 1 001 254中有描述。
使用者经常会需要这种用于测量变送器的外壳，在非密封或爆裂的测量管情况下，它们可以至少在预定的持续时间无泄漏地保持明显高于外部压力的静态内部压力，对此可以参考WO-A 00/57141、US-A6,044,715、US-A 5,301,557或EP-A 1 001 254。至少对于有毒和易燃液体的应用，测量变送器外壳还必须能够完成安全容器的责任。然而有一个问题，特别是对于超过100bar的高静态压力下的介质的应用，在测量管变为非密封状态且由此测量变送器外壳被加载增高的内部压力之后，测量变送器外壳和/或相应固定在测量变送器外壳上的测量仪表电子装置外壳会发生意外爆炸，其在被延迟的情况下仍然是一个破坏性的影响。这种情况特别会使得引导介质的管路被加载不可预知的的高压和/或一系列的不可预知的高频率和/或重复率的压力冲击。不仅如此，测量管和测量变送器外壳还会由于材料瑕疵和/或材料疲劳，甚至在一段很长工作时间以规范内的压强值操作之后产生衰退。
另一方面，特别是在危害环境的介质(例如高毒性和/或高爆炸性材料)的情况中，往往必须使用相应的安全口(诸如爆炸瓷片和/或过压阀)以降低测量变送器上可能的过压，因为必须至少确保避免介质污染环境。
发明内容
基于上述，本发明的目的在于改进一种所述类型的在线测量仪表，其中尽早识别测量管的故障并能够避免在线测量仪表的意外爆炸，特别是避免测量变送器外壳和/或其上固定的电子装置外壳爆炸。
为实现此目标，本发明在于一种用于测量在管道中流动的特别是气态和/或液态介质的在线测量仪表，该在线测量仪表具有振动型测量变送器以及与测量变送器电连接的测量仪表电子装置。测量变送器包括：至少一个与管道相通且在操作期间振动的测量管；机电，特别是电动的激励装置，作用于至少一条测量管且用于产生和维持测量管的机械振动；用于产生至少一个表征至少一条测量管的振动的振动测量信号的传感器装置，其具有至少一个在测量管或其周边的振动传感器；以及一个测量变送器外壳，其包围至少一条测量管以及激励及传感器装置。除此之外，此测量仪表电子装置监测测量变送器外壳内部的静态内部压力和/或至少一条测量管的密封性。
另外，本发明在于一种监测用于测量管道中流动的特别是的气态和/或液态介质的在线测量仪表的方法，该在线测量仪表包括测量仪表电子装置以及与测量仪表电子装置电连接的振动型测量变送器。该测量变送器包括：至少一个与管道相通且在操作期间振动的测量管；机电的，特别是电动的激励装置，作用于至少一条测量管且用于产生和维持测量管的机械振动；用于产生至少一个表征至少一条测量管的振动的振动测量信号的传感器装置，其具有至少一个在测量管或其周边的振动传感器；以及一个测量变送器外壳，其包围至少一条测量管以及激励及传感器装置。该方法包括以下步骤：
-允许测量介质流过测量变送器的至少一条测量管；
-允许由测量仪表电子装置提供的激励电流流过激励装置，并允许至少一条测量管振动，以在介质中产生反作用力，该反作用力对应于至少一个要从介质检测的测量变量；
-通过传感器装置检测至少一条测量管的振动，以及产生至少一个表征测量管机械振动的振动测量信号；以及
-确定测量仪表电子装置内部的静态内部压力和/或至少一条测量管的密封性。
根据本发明的在线测量仪表的第一实施例，通过使用至少一个在操作期间内部确定的和/或内部测量的操作参数，测量仪表电子装置反复产生至少一个监测值，其高度依赖于测量变送器外壳内部的即时静态内部压力和/或依赖于即时包围在至少一条测量管周围的介质。
根据本发明的在线测量仪表的第二实施例，测量仪表电子装置通过使用至少一个振动测量信号而产生监测值。
根据本发明的在线测量仪表的第三实施例，测量仪表电子装置产生至少一个用于激励装置的驱动信号，并且测量仪表电子装置通过使用至少一个驱动信号而产生监测值，特别是基于在激励装置中流动的激励电流流。
根据本发明的在线测量仪表的第四实施例，激励装置至少间歇地被由测量仪表电子装置驱动的激励电流流过，以及测量仪表电子装置基于激励电流和/或基于激励电流的时间变化而生成监测值。在本发明这个实施例进一步发展中，测量仪表电子装置确定特别是数字的激励电流值，其即时地表征了激励电流的电流强度，并且测量仪表电子装置通过使用至少一个内部确定的激励电流值，特别是基于一系列激励电流值，而生成监控值。在本发明实施例的另一个进一步发展中，测量仪表电子装置基于一系列特别是被数字存储的激励电流值而产生监测值。进一步，测量仪表电子装置基于激励电流电流强度时间导数和/或其它表征激励电流电流强度时间变化的测量变量，生成监测值。
根据本发明的在线测量仪表的第五实施例，在线测量仪表还用于测量介质的密度。此发明实施例的进一步发展中，测量仪表电子装置通过使用至少一个振动测量信号而重复确定一个特别是数字的密度测量值，其即时表征介质的密度，测量仪表电子装置通过使用至少一个内部确定的密度测量值，特别是基于一系列密度测量值，生成监测值。此发明实施例的进一步发展中，测量仪表电子装置基于一系列特别是被数字存储的密度测量值生成监测值。此发明实施例的进一步发展中，测量仪表电子装置基于测量密度的时间导数和/或其它表征测量密度时间变化的测量变量，生成监测值。进一步，测量仪表电子装置基于至少一种用于监测的振动频率确定密度测量值。
根据本发明的在线测量仪表的第六实施例，激励装置至少间歇地被由测量仪表电子装置驱动的激励电流流过，测量仪表电子装置使用至少一个振动测量信号来重复地确定特别是数字的密度测量值，该测量值即时地表征介质密度，并且电子测量装置基于利用内部确定且即时表征激励电流的激励电流值与内部确定的密度测量值的商，形成监测值。
根据本发明的在线测量仪表的第七实施例，测量仪表电子装置基于至少一个用于监测的振动频率和/或基于这至少一个振动频率的时间改变，生成监测值，其中至少一条测量管至少间歇地以该振动频率振动。在该发明实施例的进一步发展中，测量仪表电子装置基于至少一个用于监测的振动频率的时间导数和/或其它表征时间变化的测量变量，生成监测值。
根据本发明的在线测量仪表的第八实施例，测量仪表电子装置将监测值与预定的和/或可在操作期间预定的极限值比较，该极限值表征对于测量管在操作期间监测值最大允许高度，以及测量仪表电子装置在检测到达到和/或超过极限值时发出警报。
根据本发明的在线测量仪表的第九实施例，在线测量仪表将监测值的时间变化与预定的和/或可在操作期间预定的时间的变化值比较，该变化值表征在操作期间特别是在预定时间间隔上确定的监测值最大允许改变速度，以及测量仪表电子装置在检测到达到和/或超过改变极限值时发出警报。
根据本发明的在线测量仪表的第十实施例，测量仪表电子装置利用监测值在内部产生至少一个警告信号，该警告信号通知在测量变送器外壳内部超出的静态内部压力和/或在至少一条测量管内存在的泄漏。
根据本发明的在线测量仪表的第十一实施例，测量仪表电子装置利用一个数据传输系统，特别是与管道连接的总线系统，与一个处理测量值的上位控制单元通讯，并且测量仪表电子装置将报警信号发送到控制单元。
根据本发明的方法的第一实施例，该方法进一步包括利用测量仪表电子装置生成至少一个监测值的步骤，该监测值的高度依赖于在测量变送器外壳内部的即时静态内部压力和/或依赖于在至少一条测量管周围即时环绕的介质。
根据本发明的方法的第二实施例，该方法进一步包括了将至少一个监测值与极限值和/或变化极限值比较的步骤，该极限值表征了在操作期间对于测量管的监测值最大允许高度，该变化极限值表征在操作期间特别是在预定时间间隔上确定的监测值最大允许变化速度。
根据本发明的方法的第三实施例，该方法进一步包括检测达到和/或超过极限值和/或变化极限值以及发出警报的步骤。
根据本发明的方法的第四实施例，测量仪表电子装置基于至少一个在操作期间内部确定和/或内部测量的操作参数确定至少一个监测值，该操作参数特别是即时表征激励电流电流强度的激励电流值、用于监测的振动频率或由此得到的操作参数。
本发明的基本想法是通过以下方式识别测量管中可能的泄漏和由此潜在的对于在线测量仪表的环境的危险，即，通过基于引起振动的驱动信号和/或基于表征测量管振动的振动信号，能够直接识别在至少一条测量管的振动性能中由测量变送器外壳内升高的静态内部压力引起的改变。由此，本发明的优点在于，不再需要附加的压力传感器用于监测测量变送器外壳和/或测量管的内部压力。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，其中描述了优选实施例。功能相同的部件在不同的附图中具有相同的附图标记，但是它们仅在有用时在在后续附图中重复。
图1a，b以不同侧视图显示了例如用作科里奥利质量流量/密度和/或粘度计的在线测量仪表，以及振动型测量变送器。
图2至5以不同的部分剖切的侧视图显示了适于图1a、b的在线测量仪表的振动型测量变送器的细节。
图6显示了驱动振动型测量变送器的激励电流与对于所属的测量变送器预先确定的额定激励电流的偏差的曲线，该曲线是在不同的标称直径以及不同的测量变送器外壳内部压力的情况下，对于按照图1a、b的测量变送器试验确定的。
图7显示了利用根据图1a、b测量的密度与预定的参考密度的偏差的曲线，该曲线是在不同的标称直径以及不同的测量变送器外壳内部压力的情况下，对于按照图1a、b的测量变送器试验确定的。
图8显示了基于图7的测得的密度测量值而规则化的图6的相关激励电流的曲线。
具体实施方式
图1a，b显示了在线测量仪表1，其特别是构成为科里奥利质量流量和/或密度测量仪表，其例如用于检测管道(未显示)中流动的介质的质量流量m，以及反映即时表征该质量流量的质量流量测量值Xm。在这种情况下，介质可以实际上是任何可流动的物质，特别是液体、气体、蒸汽或近似物质。作为替代或者补充，在线测量仪表1可以按需用于测量介质的密度ρ和/或粘度η。
为测量介质，在线测量仪表1包括：在操作期间被介质适当流过的振动型测量变送器10以及与测量变送器10电连接的测量仪表电子装置20，后者这里没有单独显示而是示意性地以方框20显示。测量仪表电子装置20以具有优点的方式设计，使得它可以在线测量仪表1操作期间通过数据传送系统例如串行现场总线与其上位测量值处理单元(例如可编程逻辑控制器(PLC)、个人电脑和/或工作站)交换测量数据和/或其它操作数据。另外，测量仪表电子装置被设计为使得可以由外部能源(例如也可以通过前述的现场总线)供电。对于在线测量仪表连接现场总线系统或其它通讯系统的情况中，特别是可编程的测量仪表电子装置20因此有一个适当的用于数据通讯的通讯接口，例如用于发送测量数据和/或操作数据到已述的可编程逻辑控制器或者上位的过程控制系统。
图2到5以不同的视图显示了这种振动型测量变送器1的一个实施例，其特别是用作科里奥利质量流量、密度和/或粘度变送器。正如上述描述，测量变送器1用于在其中流动的介质中产生一种机械反作用力，特别是依赖于质量流量的科里奥利力、依赖于介质密度的惯性力和/或依赖于介质粘度的摩擦力。这些力可由传感器检测并因而可测量地反作用于测量变送器。基于这些描述介质的反作用力，可以利用测量仪表电子装置中合适实施的分析方法，以本领域技术人员熟知的方式测量介质的例如质量流量、密度和/或粘度。在操作期间，测量变送器1通过法兰2、3放置在引导特别是液态、气态或汽态的待测介质的管道中，出于清楚起见，没有显示管道。代替利用法兰，测量变送器1还可以通过其它已知的连接工具(例如三通连接或螺栓连接)连接至上述管道。
为了引导待测介质，测量变送器包括至少一条第一变送器管4，其可振动地支承在变送器外壳10中且用作变送器管，在操作期间与管道相通，以及被机电激励装置60驱动至少间歇地以至少一个适用于确定物理测量变量的振动模式振动。适合用于变送器管的材料特别是钢、特别是不锈钢、钛、锆或钽。然而，实际上各种其它通常使用的或者至少适用的材料都可以用作变送器管的材料。
除了变送器外壳10和其中支承的至少一条变送器管4外，测量变送器1还包括作用于至少一条变送器管4的机电的特别是电力的激励装置60，用于特别是当测量介质流过变送器管4时产生和/或维持机械振动。另外，在测量变送器中提供传感器装置70，其对变送器管4的机械振动，例如弯曲振动作出反应，用于产生至少一个振动测量信号svb以表征变送器管4的振动。至少由至少一个变送器管4、5以及其上附加固定的元件(诸如激励装置60和传感器装置70的一部分)形成测量变送器的内部振动系统。
在测量变送器1的操作期间，测量变送器1的整个内部振动系统由被用作测量管的至少一个变送器管4、即时在其中被引导的介质以及至少部分由激励装置60和传感器装置70形成，整个内部振动系统实际上至少间歇地执行机械振动，该机械振动有至少一个有效振动频率Fn，其中该机械振动至少间歇地和/或至少部分地构成为横向振动，特别是弯曲振动。内部振动系统的即时有效振动频率Fn在这种情况下被以具有优点的方式控制和调整，使其基本对应于内部振动系统的即时固有特征频率。其结果是，有效振动频率Fn以本领域技术人员已知的方式依赖于至少一条变送器管的尺寸、形状和材质以及特别是介质的即时密度。在例如由于介质特性变化或者由于管道系统中介质改变而形成密度变动的情况下，有效振动频率Fn在测量变送器操作期间在预定的具有频率上限和频率下限的有效频带ΔFn中变化，其中频率下限对应于介质的最高期望密度，频率上限例如出现在测量管清空的情况中。
除了特别是整件构成的变送器管4，这里示出的实施例还包括测量变送器中的第二变送器管5，该第二变送器管与第一变送器管4基本等同，特别是同样与管道相通并用作测量变送器的第二测量管，它在操作过程中同样执行机械振动。两条测量管4，5特别是逐段地彼此平行分布，如在图5和图6中所示以及在诸如US-B 6,711,958、US-A5,796,011、US-A 5,301,557中所示，它们可以通过适当的分配件11，12分别在入口侧和出口侧彼此连接至在操作中被并行流过的流动路径；然而，它们也可以一个接一个地串行相连，共同形成顺序流动路径，如在US-A 6,044,715中所示。然而，如在US-B 6,666,098或US-A5,549,009中，有可能仅仅使用两个中的一个变送器管作为用于引导介质的测量管，而另一个则用于盲管，没有待测介质流过，而用于减少在测量变送器中的固有的不平衡。
为了将通过两个变送器管4，5所形成的内部振动系统微调至合适的机械特征频率，以及最小化在变送器外壳入口和出口处由振动的变送器管导致的机械应力和/或振动，两个变送器管4，5可以附加地在入口端通过至少一个第一连接元件217a、217b、217c，以及在出口端通过至少一个第二连接元件218a、218b、218c机械地相连接。
这个所示的实施例中，两个变送器管4，5每个都具有至少一个在至少一个平面中至少逐段弯曲的中间管段41，51。变送器管4，5在这种情况下就像在US-B 6,776,052中所示，可以展示为一个显著的U型，或者就像在US-B 6,802,224或者在US-B 6,711,958中所示，可以形成基本为V型或者是梯形。然而，进一步，变送器管还可以像US-A5,796,011所描述的，被弯出仅仅一点，或者，就像在WO-A 01/65213、US-B 6,308,580、US-A 6,092,429、US-A 6,044,715所示，更加成矩形或者梯形。作为用作测量管的弯曲的变送器管的一个备选方案，就像例如在US-A 4,793,191、US-A 5,602,345、US-A 6,006,609、US-B6,880,410、US-B 6,851,323或US-B 6,840,109中所示，使用一个直管也是可能的。
在图2和3所示的测量变送器的情况中，两条中央的中间管段中的每一条基本弯曲成V形。在这种情况中，两条变送器管4、5中的每一条还在入口端包括直的入口管段，其基本平行于虚拟振动轴延伸。这些入口管段中的每一个经由入口端弓形居间管段通入各中间管段。另外，两条变送器管4、5中的每一条还在出口端具有直的出口管段，其基本平行于虚拟振动轴延伸。这些出口管段中的每一个都经由朝向出口端的弓形居间管段通入中间管段。另外，每一中间管段的顶点的夹角小于150°，特别是小于120°。至少两条变送器管4、5的中央管段41、51在操作期间被至少部分固定至它的机电激励机构60激励为执行悬臂式振动，其中它们横向偏离前述平面并且基本彼此反相地振动。在这种情况中，第一变送器管和第二变送器管在操作期间至少间歇地执行围绕基本平行于测量变送器纵轴L的虚拟振动轴的振动。换言之，至少中间管段41、51以弯曲振动模式振动，其方式为在一端被夹钳的悬臂或者音叉的叉齿。在所述实施例中，激励机构60具有至少一个振动激励器，其设置在两条变送器管4、5的顶点的区域中，特别是大致在中间。振动激励器可以例如是电力类型激励器，即，利用固定至变送器管5的磁体线圈62以及插入其中且应固定至另一变送器管4的电枢实现的振动激励器。
正如已经提到的，为了检测至少一条变送器管4的振动并且为了产生至少一个代表变送器管4的振动的振动测量信号svb，提供传感器装置。传感器装置以这种测量变送器常见的方式通知管段41特别是入口端和出口端的振动并能够实施电子的进一步处理。在所示实施例中，传感器装置为此具有设置在变送器管4、5入口端的第一振动传感器以及设置在变送器管4、5出口端的第二振动传感器，该第二振动传感器特别是与第一振动传感器的结构基本相同。振动传感器可以同样为电力型，从而利用固定至变送器管5的磁体线圈72、82以及插入其中且相应固定至另一变送器管4的电枢实现。然而，本领域熟知的其它振动传感器也可以用作振动传感器，一个例子是光电振动传感器。
为基于至少一个振动测量信号svb确定至少一个物理测量变量，正如通常这种类型的测量变送器一样，激励装置60以及传感器装置70以适合的方式与在测量仪表电子装置20中适当提供的测量和操作电路电连接，例如以流电和/或电感和/或光电方式相连接。测量和操作电路再次产生驱动信号sxc，其适当地驱动激励装置60，例如在激励电流和/或激励电压方面调整激励装置60。结果，从测量仪表电子装置20发送的激励电流流经激励装置，在那里，这个电流被利用至少一个振动激励器转换为引起至少一条测量管振动的激励力。另一方面，测量及操作电路接收传感器装置70的至少一个振动测量信号svb并由此产生期望的测量值，其可以例如代表待测介质的质量流量、密度和/或粘度并且可以根据需要而在线显示或者在更高级中被进一步处理。包括测量及操作电路的测量仪表电子装置20可以例如容纳在独立的电子装置外壳9中，该外壳可以远离测量变送器设置，或者在提供单个的紧凑在线测量仪表的情况中，它可以直接固定在测量变送器1上，例如在测量变送器外壳10的外部。在这里显示的实施例的情况中，颈状过渡件8为此安装在变送器外壳上，以支持电子装置外壳9。然而在图4到6中省略了过渡件8和电子装置外壳9；仅在图6中显示了能凹入变送器外壳10的壁中的用于过渡件8的底座面63。底座面63具有电子通孔64，利用它可以实现到激励机构60和传感器装置70以及测量变送器中其它电子元件例如压力和/或温度传感器的电连接。
如图1a、b和图3所示，测量变送器的变送器管4，5以及其上连接的激励及传感器装置实际上已完全地被装入到所提及的变送器外壳10中。在这方面，变送器外壳10不仅用于支承至少一个变送器管4，还负责保护内部测量变送器1的适当的元件，例如激励及传感器装置以及很可能还包括在变送器外壳内的测量变送器的其它元件，使其免受诸如灰尘和水溅等环境影响。另外，变送器外壳还可以这样实现及定尺寸，使其在变送器管上如因架构和爆裂导致损害的时候，能够尽可能完整地保留从变送器管4流过的介质，直至变送器外壳内部所需的最大过压。例如钢，如结构钢或不锈钢，或者其它适合的高应力的材料等能够用作变送器外壳特别是壳帽7的材料。在测量变送器进一步的实施例中，特别是至少逐段弯曲的变送器管4以及变送器外壳都由同样的材料制成，特别是钢或不锈钢，或至少由另一相似的材料，特别是不同种类的钢制成。进一步，如图1a、b所示以及如对于这种类型的测量变送器常见的，法兰被构成为变送器外壳的整体元件，以达到测量变送器尽可能短的安装尺寸而同时尽可能高的稳定性，同样地，可能存在的分配件11，12也可以直接集成在变送器外壳内。
在该实施例中，变送器外壳10包括支撑元件6(这里显示为侧向至少部分打开的支撑圆筒)，如在图4到图6中显示，该支撑元件与至少一个变送器管在入口和出口端机械连接，使得至少一个弯曲的管段41侧向凸出。另外，变送器外壳还有壳帽7，其与变送器管4，5弯曲的中间管段相距设置并且特别是持久地和/或介质密封地固定于支撑元件6上。这此实施例的例子中，至少变送器管4在入口和出口端这样支承在管状支撑元件6上，使得可振动的中间管段41通过支撑元件6的两个凹口61，62延伸，侧向凸出于支撑元件以及进入同样固定于支撑元件6上的壳帽7。这里仍要提及的是，替代所示的管状支撑元件6，也可以根据需要使用一个具有其它适合截面的实心支撑圆筒，例如一个近似横梁状构成的支撑元件。
壳帽7用于容纳管段41，包括图1a、b所示意的一个槽状帽片段10c以及基本平坦的第一侧向外壳片段10a和与其基本镜像对称的第二侧向外壳片段10b。如图1a，1b所示，帽片段10c的形状基本对应于环形外罩。相应地，帽片段10c有一个基本圆拱型最好是半圆的且预定半径为r的截面，以及至少虚拟的一个基本圆拱型的第一片段边沿10c’以及与第一片段边沿基本等同成型的第二片段边沿10c”，其中第一片段边沿的半径R明显大于半径r。如果必要，两个截面以及各片段边沿不是完美的圆形，而是可以稍有一点椭圆。如图1a、b和图2所示，侧向外壳片段10a，10b都分别通过圆拱型的第一片段边沿10a’或10b’与帽片段10c的第一和第二片段边沿10c’、10c”相连接，并且，实际上在这种情况下，侧向外壳片段10a、10b都与帽片段10c的切平面对齐，因此它还与相关的部分边沿10ca或10cb的切线基本对齐。换句话讲，在这种情况下，在壳帽和外壳片段10c、10a或者壳帽和外壳片段10c、10b中间，有很大一段连续且尽可能光滑的过渡，这段过渡中，在允许的内部过压下产生尽可能没有或仅仅非常小的弯曲应力。更进一步，壳帽7通过壳帽片段10c的第三部分边沿10c+以及第四部分10c#，以及通过第一和第二侧向外壳片段10a和10b的第二部分边沿10a”、10b”固定于支撑元件6上，并且实际上壳帽片段或外壳片段10c、10a、10b在操作期间与至少一个振动的管段41保持距离。为了制造壳帽7，片段10c、10a、10b例如各自被单独预制，并且随后连接到一起，特别是通过焊接。在制造壳帽7时，例如还可以使用在前面提到的WO-A03/021202描述的方法中为了制造壳帽7使用的金属壳帽，其中这个金属壳帽通过将两个基本相同的特别是由盘状半成品切割得到的半壳帽与一个特别是四分之一圆环状边沿密封条焊接而得到。另外壳帽7可以从适当厚度的金属片深冲得到。
如上述所述，测量仪表电子装置20在操作期间产生传送到激励装置的驱动信号，同时，另一方面，测量仪表电子装置得到传感器装置的振动信号，并且由此产生期望的表征流动流体质量流量、密度、粘度或温度的测量值。根据本发明进一步提出，测量仪表电子装置在操作期间监测测量变送器内部的静态内部压力和至少一条测量管的密封性。为了这个目的，根据本发明的具有优点的实施例，测量仪表电子装置基于至少一个测量仪表电子装置内部确定的或实际的操作参数，重复生成至少一个监测值，其高度依赖于测量变送器外壳内部的即时静态内部压力和/或即时围绕至少一条测量管的介质。测量仪表电子装置通过数据传送系统与处理测量值的上位控制单元通讯，在上述情况下，测量仪表电子装置比如可以通过数据传送系统向控制单元发送例如报警信号。
本发明的进一步实施例中，测量仪表电子装置将监测值与极限值比较，极限值表征了测量管在操作期间的监测值最大允许高度，和/或测量仪表电子装置将监测值与极限变化值比较，该极限变化值表征了在操作期间特别是在预定时间间隔上确定的监测值最大允许变化速度。当检测到测量仪表电子装置达到或超过极限值或极限变化值时，测量仪表电子装置发出相应的警报信号。极限值或极限变化值可能是预先例如在校正期间和/或在线检测设备启动时确定的数据值；然而，如果需要，极限值或极限变化值也可以在在线测量仪表操作期间被用户例如通过数据通讯系统改变，以匹配实时的实际情况，例如待测介质的即时特性。
进一步的调研表示，这种情况下，激励装置的驱动信号和至少一个振动测量信号两者都可以提供关于要监测的测量变送器外壳内部静态内部压力的信息以及关于要被监测的至少一条测量管的密封情况的信息。依此，在操作期间内部确定和/或内部测量的操作参数可以例如是激励电流、即时被激励的有效振动频率、振动的测量管的即时阻尼和/或由此得到的参数，比如通过测量仪表电子装置即时测定的密度ρ、通过测量仪表电子装置测定的介质粘度η等。因此，例如可以确定，在操作中，激励电流与正常操作中的额定期望激励电流的偏差很容易地被测量，该偏差非常强烈地、几乎是成比例的依赖于即时静态内部压力。图6显示了激励电流与额定激励电流的偏差的相应分布，它是根据两个结构基本相同且具有不同额定口径(DN 15，DN 25)的测量变送器，对于测量变送器外壳中的不同内部压力而试验确定的。
相应地，根据本发明进一步的实施例，测量仪表电子装置通过使用至少一个驱动信号，特别是基于激励装置中流动的激励电流和/或基于激励电流的时间改变，而产生监测值。进一步，本发明的实施例中，测量仪表电子装置至少间歇地内部确定特别是数字的激励电流值，其即时表征激励电流的电流强度，其也用于产生监测值。如果需要，多个被数字存储的激励电流值的序列和/或时间平均也可以用于产生监测值。作为备选，或作为补充，激励电流电流强度的时间导数和/或其它表征激励电流电流强度时间变化的测量变量(例如时间导数的倒数或时间平均)可以用于确定监测值。除此之外，替代激励电流绝对值或其与额定激励电流即时偏差的绝对值，可以使用偏差以及这种情况下用于确定监测值的相对值。
为此可以确定，除了激励电流，在操作期间基于振动测量信号特别是基于有效振动频率测量的密度ρ以相同的方式，以相应偏离额定参考密度而显著地对于测量变送器外壳内的静态内部压力增长作出反应。测量的密度或其与预定参考密度的偏差的试验确定的分布依赖于在测量变送器外壳内部测量的内部压力，如图7所示。依此，在本发明进一步的实施例中，测量仪表电子装置进一步提出，测量介质的密度ρ以及提供至少间歇地表征介质密度ρ的特别是数字的密度测量值Xρ。这种情况下，测量仪表电子装置还用于通过使用内部确定的密度测量值Xρ，特别是基于一系列数字存储的密度测量值，生成监测值。作为备选或补充，测得的密度的时间导数和/或其它表征测得密度的时间变化的测量变量用于确定监测值。还要提及的是，替代测量的密度，依赖于介质密度的振动频率用于生成监测值，至少一条测量管至少间歇地以该振动频率振动，特别是在操作期间被激励的有效振动频率至少用于调节驱动信号且所需时用于确定密度测量。同样的，附加地来自至少一个振动频率的测量变量也被用来产生监测值，比如，时间变化或其它表征至少一个振动频率的时间变化的测量变量。这种情况下，极限值可以例如对应于有效频带ΔFn的上述频率下限，而变化极限值例如可以基于测量变送器有效振动频率的最大允许改变速度而预先确定。而且，在使用测得的密度或者测得的振动频率的情况下，监测值可以同样的基于相对于额定值的即时偏差的绝对值和相对值。
在本发明的进一步实施例中，测量仪表电子装置基于激励电流以及内部确定的密度测量值和/或测量管的至少一个内部测得振动频率，来确定监测值。对此非常有利的操作参数例如是利用内部确定的激励电流值和内部确定的密度测量值形成的商，通过使用这个商，对于激励电流和密度的试验确定的测量数据给出图8中显示的每一个根据相关测得的密度测量值规则化的激励电流的分布。可以明显看出，相应规则化的激励电流初始非常陡峭地下降，这将导致在低于100bar范围中非常轻微的以及不严重的压力提升的情况中，能够最简单且鲁棒地检测在测量变送器外壳中由于渗透性泄漏而异常过高的静态内部压力。
由于测量变送器外壳内部的静态内部压力和固有监测以及至少一条测量管的密封性，本发明的在线测量仪表还特别适用于运送具有潜在环境污染特别是有毒和/或易爆的介质的管道系统中。除此之外，本发明的在线测量仪表还可以以具有优点的方式用于在工作中传送远超过200bar高压的流体的管道系统中。特别的优点是，利用在在线测量仪表之外的测量仪表电子装置在测量变送器外壳内进行内部压力的自启动监测，正如上述支撑圆柱经常的情况那样，测量变送器外壳的壁较厚且因而相对更耐压地构成，因为一方面，内部压力增加在外部是无法意识到的，另一方面，测量变送器外壳可能会因其累计的大量的机械能量爆裂而导致在厂区内造成灾难性的毁坏。

Claims (41)

1.在线测量仪表，用于测量在管道中流动的介质，该在线测量仪表具有振动型测量变送器以及与该测量变送器电连接的测量仪表电子装置，
-  其中该测量变送器包括：
-- 至少一条与管道相通且在操作期间振动的测量管；
-- 机电的激励装置，其作用于至少一条测量管，用于产生和维持测量管的机械振动；
-- 传感器装置，用于产生至少一个表征至少一条测量管的振动的振动测量信号，其具有至少一个设置在测量管或其周边的振动传感器；以及
-- 测量变送器外壳，其包围至少一条测量管以及激励及传感器装置；
- 其中该测量仪表电子装置监测测量变送器外壳内部的静态内部压力。
2.根据权利要求1所述的在线测量仪表，其中所述介质是是气态和/或液态介质。
3.根据权利要求1所述的在线测量仪表，其中所述机电的激励装置是电动的激励装置。
4.根据权利要求1所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于至少一个在操作期间内部确定的和/或内部测量的操作参数，反复确定至少一个监测值，其高度依赖于测量变送器外壳内部的即时静态内部压力和/或依赖于即时围绕至少一条测量管的介质。
5.根据权利要求4所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置通过使用至少一个振动测量信号而生成监测值。
6.根据权利要求4或5所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置产生至少一个用于激励装置的驱动信号，并且其中测量仪表电子装置通过使用至少一个驱动信号，产生监测值。
7.根据权利要求6所述的在线测量仪表，其中所述测量仪表电子装置基于在激励装置中流动的激励电流产生监测值。
8.根据权利要求4所述的在线测量仪表，其中激励装置至少间歇地被由测量仪表电子装置驱动的激励电流流过，以及其中测量仪表电子装置基于激励电流和/或基于激励电流的时间变化而生成监测值。
9.根据权利要求8所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置确定激励电流值，其即时地表征激励电流的电流强度，并且其中测量仪表电子装置通过使用至少一个内部确定的激励电流值，生成监测值。
10.根据权利要求9所述的在线测量仪表，其中所述激励电流值是数字的激励电流值。
11.根据权利要求9所述的在线测量仪表，其中所述测量仪表电子装置基于一系列激励电流值生成监测值。
12.根据权利要求9所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于一系列激励电流值而生成监测值。
13.根据权利要求12所述的在线测量仪表，其中所述激励电流值是被数字存储的激励电流值。
14.根据权利要求12所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于激励电流电流强度的时间导数和/或其它表征激励电流电流强度时间变化的测量变量，生成监测值。
15.根据权利要求14所述的在线测量仪表，其还用于测量介质的密度，其中测量仪表电子装置通过使用至少一个振动测量信号而重复确定密度测量值，其即时表征介质的密度，并且其中测量仪表电子装置通过使用至少一个内部确定的密度测量值，生成监测值。
16.根据权利要求15所述的在线测量仪表，其中所述密度测量值是数字的密度测量值。
17.根据权利要求15所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于一系列密度测量值生成监测值。
18.根据权利要求15所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于一系列密度测量值而生成监测值。
19.根据权利要求18所述的在线测量仪表，其中所述密度测量值是被数字存储的密度测量值。
20.根据权利要求18所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于测得的密度的时间导数和/或其它表征测得的密度的时间变化的测量变量，生成监测值。
21.根据权利要求8或权利要求15所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于利用内部确定的激励电流值以及内部确定的密度测量值形成的商，生成监测值。
22.根据权利要求4所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于至少一个监测使用的振动频率和/或基于这至少一个振动频率的时间改变，生成监测值，其中至少一条测量管至少间歇地以该振动频率振动。
23.根据权利要求22所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于至少一个监测使用的振动频率的时间导数和/或其它表征时间变化的测量变量，生成监测值。
24.根据权利要求15、22、23之一所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置基于至少一种监测使用的振动频率确定密度测量值。
25.根据权利要求4所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置将监测值与预定的和/或可在操作期间预定的极限值比较，该极限值表征对于测量管在操作期间监测值的最大允许高度，以及其中测量仪表电子装置在检测到达到和/或超过极限值时发出警报。
26.根据权利要求4所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置将监测值的时间变化与预定的和/或可在操作期间预定的变化极限值比较，该变化极限值表征在操作期间确定的监测值最大允许改变速度，以及其中测量仪表电子装置在检测到达到和/或超过变化极限值时发出警报。
27.根据权利要求26所述的在线测量仪表，其中所述变化极限值表征在操作期间在预定时间间隔上确定的监测值最大允许改变速度。
28.根据权利要求4所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置利用监测值在内部产生至少一个警告信号，该警告信号通知在测量变送器外壳内部过高的静态内部压力和/或在至少一条测量管内存在泄漏。
29.根据权利要求28所述的在线测量仪表，其中测量仪表电子装置利用一个数据传输系统与一个处理测量值的上位控制单元通讯，并且其中测量仪表电子装置将报警信号发送到控制单元。
30.根据权利要求29所述的在线测量仪表，其中所述数据传输系统是与管道连接的现场总线系统。
31.根据权利要求1所述的在线测量仪表，其中所述测量仪表电子装置监测所述至少一条测量管的密封性。
32.监测用于测量管道中流动的介质的在线测量仪表的方法，该在线测量仪表包括测量仪表电子装置以及与测量仪表电子装置电连接的振动型测量变送器，该测量变送器包括：至少一条与管道相通且在操作期间振动的测量管；作用于至少一条测量管的机电的激励装置，用于产生和维持测量管的机械振动；用于产生至少一个表征至少一条测量管的振动的振动测量信号的传感器装置，其具有至少一个设置在测量管或其周边的振动传感器；以及测量变送器外壳，其包围至少一条测量管以及激励及传感器装置，该方法包括以下步骤：
-允许测量介质流过测量变送器的至少一条测量管；
-允许由测量仪表电子装置提供的激励电流流过激励装置，并允许至少一条测量管振动，以在介质中产生与至少一个要从介质检测的测量变量相对应的反作用力；
-利用传感器装置检测至少一条测量管的振动，以及产生至少一个表征测量管机械振动的振动测量信号；以及
-确定测量仪表电子装置内部的静态内部压力。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述介质是是气态和/或液态介质。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述机电的激励装置是电动的激励装置。
35.根据权利要求32所述的方法，进一步包括利用测量仪表电子装置生成至少一个监测值的步骤，该监测值的高度依赖于测量变送器外壳内部的即时静态内部压力和/或依赖于即使围绕至少一条测量管的介质。
36.根据权利要求35所述的方法，进一步包括了将至少一个监测值与极限值和/或变化极限值比较的步骤，该极限值表征了在操作期间对于测量管的监测值最大允许高度，该变化极限值表征在操作期间确定的监测值最大允许变化速度。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述变化极限值表征在操作期间在预定时间间隔上确定的监测值最大允许变化速度。
38.根据权利要求36所述的方法，进一步包括检测达到和/或超过极限值和/或变化极限值以及发出警报的步骤。
39.根据权利要求32-38之一所述的方法，其中测量仪表电子装置基于至少一个在操作期间内部确定和/或内部测量的操作参数确定至少一个监测值。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述操作参数是即时表征激励电流电流强度的激励电流值、监测所使用的振动频率或由此得到的操作参数。
41.根据权利要求36所述的方法，进一步包括基于所述至少一个振动测量信号监测至少一条测量管的密封性的步骤。
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