CN101305268A - 在线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的任务在于，给出一种在线测量装置，具有振动式测量传感器(1)，特别是科里奥利质量流量测量装置/密度测量装置和/或粘度测量装置，其一方面适合于特别精确地测量待测量的物理测量量，特别是质量流量、密度和/或粘度，并且其另一方面能够至少在超过最小覆盖物厚度时探测在所述测量管(10)上形成的覆盖物。本发明的另一个任务在于，给出一种相应的方法，使得能够可靠地探测和/或足够精确地测量在测量管(10)上形成的覆盖物。此外本发明的任务在于，监测可能会在接触介质的管壁特别是连接到测量传感器的管路上出现的覆盖物沉积。

Description

在线测量装置

技术领域

本发明涉及一种具有振动式测量传感器的在线测量装置，特别是科里奥利质量流量测量装置/密度测量装置，用于在管路中流动的特别是两个或者多个相位的介质，以及用于借助这种测量传感器生成表示介质的物理测量量(例如介质的质量流量、密度和/或粘度)的测量值的方法。

背景技术

在过程测量技术和自动化技术中针对在管路中流动的介质的物理量(例如质量流量、密度和/或粘度)的测量，经常采用在线测量装置，特别是科里奥利质量流量测量装置，其借助在运行中被介质流经的振动式测量传感器以及连接于其上的测量电路和运行电路，引发在该介质中的反应力，例如与质量流量相关的科里奥利力、与密度相关的惯性力或者与粘度相关的摩擦力等，并且从它们推导得出代表该介质的相应的质量流量、相应的粘度和/或相应的密度的测量信号。这样一种具有振动式测量传感器的在线测量装置连同其作用方式对于本领域技术人员来说是公知的，并且例如在下述专利中被详细描述过了：WO-A05/040734、WO-A 05/040733、WO-A 03/095950、WO-A 03/095949、WO-A 03/076880、WO-A 02/37063、WO-A 01/33174、WO-A 00/57141、WO-A 99/39164、WO-A 98/07009、WO-A 95/16897、WO-A 88/03261、US-A 2004/0200268、US-A 2003/0208325、US-B 68 89 561、US-B 68 40109、US-B 66 91 583、US-B 66 51 513、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 16 868、US-A 56 02 346、US-A 56 02 345、US-A 55 31 126、US-A 53 01 557、US-A 52 53 533、US-A 52 18 873、US-A 50 69 074、US-A 48 76 898、US-A 47 33 569、U S-A 46 80 974、U S-A 46 60 421、US-A 45 24 610、US-A 44 91 025、US-A 41 87 721、EP-A 1 291 639、EP-A 1 281 938、EP-A1 001 254或EP-A 553 939。

为了引导介质，测量传感器分别包括至少一个在例如管形或箱形的支承架上固定的测量管，该测量管具有直线的管段，为了在运行中(由电磁激励系统驱动)生成前述反应力，该测量管在主要使用模式中实用地被允许单频率地振动。为了检测特别是在输入侧和输出侧的该管段的振动，该测量传感器还包括根据管段的运动而受激励的物理电子传感器系统。

在科里奥利质量流量测量装置中，在管路中流动的介质的质量流量的测量例如基于下述情况：所述介质流过在该管路中插入的、并且在运行中再使用模式下侧向于测量管轴线振荡的测量管，由此在该介质中感生出科里奥利力。这还将引发在测量管的输入侧和输出侧区域相互相位平移的振荡。这种相位平移的尺度被作为质量流量的大小。测量管的振荡因而借助所述传感器系统的两个沿着该测量管相互间隔地布置的振荡传感器被检测，并且被转换为振荡测量信号，质量流量被从它们的相互的相位平移中推导出来。在开始部分参引的US-A 4187721还提到：借助这种在线测量装置还可以检测流动的介质的瞬时密度，更具体的说，是根据至少一个从传感器系统给出的振荡测量信号。此外大多数情况下以合适的方式直接测量介质的温度，例如借助布置在测量管上的温度传感器。另外已知的是，直线的测量管还可以围绕基本与测量管纵轴线平行布置的或者重合的扭转振荡轴线发生扭转振荡，即在流经过的介质中生成径向的剪切力，由此对于扭转振荡来说振荡能量明显地被带走了并在介质中消失。其结果是，振荡的测量管的扭转振荡的显著的衰减，为了正确保持该振荡因此附加地必须提供给该测量管以电子激励功率。从测量管的扭转振荡的正确保持所必须的电子激励功率来推导，就可以以本领域技术人员公知的方式借助测量传感器至少接近的方式确定该介质的粘度，为此特别对比US-A 45 24610、U S-A 52 53 533、US-A 60 06 609或US-B 66 51 513。

所描述类型的在线测量装置的问题首先是：测量传感器的振荡特性以及由测量管的振荡推导得到的振荡测量信号，不仅仅取决于介质的主要物理测量量(例如质量流量、密度和/或粘度等)，并且根据运行状况的变化，而且还在很大程度上也取决于同样变化的次要参数(例如测量装置特定的参数或者反映环境条件和安装条件的参数)。作为这种变化的次要参数的代表性的示例的是，在测量传感器内制造用的材料的弹性系数和剪切弹性系数以及至少一个测量管的几何形状。这些次要参数的变化即可以是可逆的，例如在温度条件下的弹性变形，也可以是基本不可逆的。令人高兴的是，这些次要参数的大部分或者至少其变化引发的在测量运行中的影响量能够被附加地检测到，并且就这方面来说这些设备参数和/或安装参数的改变的对于测量精度的影响被尽可能地补偿了。例如在US-B 65 12 987、US-A 47 68 384和EP-A578 113所建议的，这可以一方面通过附加地应用在在线测量装置内布置的传感器，如温度传感器、伸长测量带、加速度传感器、压力传感器等来实现，并且另一方面根据振荡测量信号自身实现。

基于振荡测量信号的补偿方法的原理的核心是，除了引发前述的反应力的主要使用模式之外，另外的、大多数仅作为次要的辅助模式的振荡模式被大多更高的振荡频率激励。例如在WO-A 05/040734、US-B 68 89 561、US-B 65 57 422、US-A 59 07 104、US-A 58 31 178、US-A 57 73 727、US-A 57 28 952和US-A 46 80 974中分别示出用于测量在管路中被引导的介质的至少一个物理测量量的在线测量装置，所述在线测量装置包括振动式测量传感器以及与该测量传感器电联接的测量装置电子设备，

-其中所述测量传感器包括：

-至少一个引导待测介质的测量管，所述测量管与所连接的管路连通，

-作用到所述测量管使得所述至少一个测量管振动的激励系统，

-所述激励系统使得所述测量管在运行中至少暂时和/或至少部分地围绕假想的侧向振荡轴以第一振荡频率处于第一侧向振荡中，并且

-所述激励系统使得所述测量管在运行中至少暂时和/或至少部分地围绕假想的侧向振荡轴以与所述第一振荡频率不同的第二振荡频率处于第二侧向振荡中，并且

-用于检测所述测量管的振动的传感器系统，该传感器系统输出代表该测量管振荡的振荡测量信号，

-其中，所述测量装置电子设备至少暂时地输出驱动激励系统的激励信号，并且

-其中，所述测量装置电子设备借助所述振荡测量信号和/或借助所述激励信号至少暂时地生成至少一个测量值，该测量值代表该介质的至少一个待测量的物理测量量。

根据该振荡测量信号，该测量装置电子设备反复地确定该测量管的侧向振荡的振荡频率，并且基于此测定和/或监视在线测量装置的至少一个设备参数和/或安装参数或者探测至少一个不允许的高测量误差。

如其中在WO-A 05/040734所述，在测量管壁的内侧上的覆盖物的形成(例如由于沉积、黏附等)，假如该覆盖物形成没有在测定测量值时被关注，那么将很大程度地消极影响该在线测量装置的测量精度。实验至今表明，基于多个侧向振荡尽可能早地探测在测量管上的覆盖物是极为困难的。这特别是因为一方面覆盖物的密度当然大约处于介质的密度范围内，并且另一方面该覆盖物对侧向振荡的影响与待测介质对侧向振荡的影响一般是类似的。因此，形成的覆盖物表现出基本与介质的物理特性的根据运行的变化(特别是其密度和/或粘度的变化)相同的对侧向振荡的效果。

此外还可能出现这种情况，即不仅在线测量装置的至少一个测量管被这种覆盖物覆盖，而且特别是连接到该在线测量装置的管路部分也被覆盖。这可能引发这样的情况，即其它的在线测量装置和/或其输入路径也遇到了覆盖物形成，而这无法通过相应的自我确认在受到影响的测量装置侧直接地识别出来。

发明内容

本发明的任务因而在于，给出一种具有振动式测量传感器的在线测量装置，特别是科里奥利质量流量测量装置/密度测量装置和/或粘度测量装置，其一方面适合于特别精确地测量待测量的物理测量量，特别是质量流量、密度和/或粘度，并且其另一方面能够至少在超过最小覆盖物厚度时探测在测量管上形成的覆盖物。本发明的另一个任务在于，给出一种合适的方法，其根据所描述类型的普通测量传感器生成的振荡信号，能够可靠地探测和/或足够精确地测量在测量管上形成的覆盖物。本发明的另一个任务在于，监测可能会在接触介质的管壁，特别是连接到测量传感器的管路上出现的覆盖物沉积。

为此本发明在于把在线测量装置构造为例如科里奥利质量流量测量装置/密度测量装置和/或粘度测量装置，用于测量在管路中被引导的介质的至少一个物理测量量x，例如质量流量m、密度ρ和/或粘度η。所述在线测量装置具有振动式测量传感器以及与该测量传感器电联接的测量装置电子设备。该测量传感器包括：至少一个用于引导待测介质的基本直线式的测量管，所述测量管与所连接的管路连通；作用到所述测量管使得所述至少一个测量管振动的激励系统，所述激励系统使得所述测量管在运行中至少暂时和/或至少部分地围绕假想地相互连接所述测量管的输入端和所述测量管的输出端的扭转振荡轴地扭转振荡；以及用于检测所述至少一个测量管的振动的传感器系统，所述传感器系统给出代表所述测量管的至少一个振荡的振荡测量信号。所述测量装置电子设备其至少暂时地给出驱动所述激励系统的激励信号，并且借助至少一个振荡测量信号和/或借助激励信号至少暂时地生成至少一个测量值，所述至少一个测量值表示所述介质的至少一个待测量的物理测量量，例如所述质量流量、所述密度或者所述粘度。此外所述测量装置电子设备根据所述至少一个振荡测量信号和/或根据所述激励信号反复地测定所述测量管的所述扭转振荡的振荡频率，并且基于所述扭转振荡的振荡频率监视所述至少一个测量管的至少一个运行状态。

此外本发明还在于一种用于监视管壁的运行状态的方法，所述管壁由至少暂时地流过的介质接触并且因此至少节段式地经受了改变，借助具有振动式传感器的在线测量装置(例如被构造为科里奥利质量流量测量装置)和与该测量传感器电联接的测量装置电子设备。该方法特别包括：让介质流过至少一个测量传感器的测量管的步骤，所述测量管与连接到所述测量传感器的、引导所述介质的管路连通；把激励信号供给到与所述测量管机械地联接的激励系统，以便使得所述测量管围绕假想地相互连接所述测量管的输入端和所述测量管的输出端的扭转振荡轴而扭转振荡的步骤；检测测量管的振动以生成至少部分地表示所述测量管的至少一个扭转振荡的振荡测量信号的步骤；以及使用所述至少一个振荡测量信号和/或激励信号以测定所述测量管的扭转振荡的振荡频率的步骤。此外，该方法还包括：基于所测到的扭转振荡的振荡频率而生成表示该管壁的运行状态的状态值的步骤。

根据本发明的在线测量装置的第一实施方式规定：所述测量装置电子设备基于所述测得的所述扭转振荡的振荡频率至少探测在所述测量管上形成的覆盖物的存在，和/或所述测量装置电子设备基于所述测得的所述扭转振荡的振荡频率探测在所述测量管上形成的覆盖物的程度。

根据本发明的在线测量装置的第二实施方式其中，所述测量装置电子设备基于所述测得的所述扭转振荡的振荡频率测定至少一个第一类状态值，所述第一类状态值至少把在所述测量管上形成的覆盖物的存在信号化。根据本发明该实施方式的改进方式，由所述测量装置电子设备测得的所述第一类状态值表示在所述测量管上形成的覆盖物的程度，特别是所述覆盖物的厚度或所述覆盖物的质量。根据本发明该实施方式另一个改进方式还规定，所述测量装置电子设备至少也参考所述介质的密度和/或所述介质的粘度来测定所述第一类状态值。

根据本发明的在线测量装置的第三实施方式规定：所述测量装置电子设备基于所述测得的所述扭转振荡的振荡频率探测在测量管上的磨损。根据本发明的该实施方式的改进方式规定：所述测量装置电子设备基于所述测得的所述扭转振荡的振荡频率测定在所述测量管上存在的磨损的程度。

根据本发明的在线测量装置的第四实施方式，其中，测量装置电子设备基于所述测得的所述扭转振荡的振荡频率测定至少一个第二类状态值，所述第二类状态值至少把测量管的磨损的存在信号化。根据本发明该实施方式的改进方式，由所述测量装置电子设备测得的所述第二类状态值表示在所述测量管上存在的磨损的程度，特别是所述测量管的管壁的当前壁厚相对于额定壁厚的减少程度。

根据本发明的在线测量装置的第五实施方式，假想的扭转振荡轴被校准为基本平行于测量管的惯性主轴，特别是假想的扭转振荡轴基本与测量管的惯性主轴重合。根据本发明该实施方式的改进方式，所述激励系统使得所述测量管在运行中至少暂时地和/或至少部分地，围绕假想地相互连接测量管的输入端和测量管的输出端的侧向振荡轴(特别是基本平行于所述扭转振荡轴校准的)处于侧向振荡中，特别是处于弯曲振荡中。在有利方式下，所述假想的侧向振荡轴和所述假想的扭转振荡轴如此相互布置并校准，即它们基本相互重合。根据本发明该实施方式的另一改进方式，所述激励系统使得测量管在运行中交替处于扭转振荡或者侧向振荡中，或者所述激励系统使得测量管在运行中至少暂时地同时处于扭转振荡和侧向振荡中，从而扭转振荡和侧向振荡相互叠加。

根据本发明的在线测量装置的第六实施方式规定：激励系统使得测量管在运行中至少暂时地和/或至少部分地、围绕假想地相互连接测量管的输入端和测量管的输出端的侧向振荡轴而处于侧向振荡中，特别是处于弯曲振荡中；并且所述测量装置电子设备根据至少一个振荡测量信号和/或根据所述激励信号反复地测定测量管的侧向振荡的振荡频率。根据本发明该实施方式的改进方式，至少一个测量值是密度测量值，所述密度测量值表示介质的待测量的密度，并且其中，所述测量装置电子设备基于所测得侧向振荡的振荡频率生成至少一个测量值。根据本发明该实施方式的另一改进方式，至少一个测量值是粘度测量值，所述粘度测量值表示所述介质的待测量的粘度。测量装置电子设备特别地基于测量管的振荡的取决于介质的衰减来测定至少一个测量值。

根据本发明的在线测量装置的第七实施方式规定：测量装置电子设备基于所述测得的扭转振荡的振荡频率测定至少一个考虑到在所述测量管上形成的覆盖物的校准值，其中，测量装置电子设备通过使用所述至少一个校正值来生成至少一个测量值。

根据该方法的第一实施方式规定：所述状态值至少把所述管壁的至少一段上的覆盖物的存在信号化。

根据该方法的第二实施方式规定：所述状态值表示在所述管壁上至少节段式地形成的覆盖物的程度，特别是所述覆盖物的厚度或者所述覆盖物的质量。

根据该方法的第三实施方式规定：所述状态值至少把所述管壁的至少一段上的磨损的存在信号化。

根据该方法的第四实施方式规定：所述状态值表示在管壁上至少节段式地存在的所述磨损的程度，特别是管壁的当前壁厚与额定壁厚的相比的减少程度。

根据该方法的第五实施方式规定：所述管壁的被监视的节段至少部分地延伸经过所述测量管。

根据该方法的第六实施方式规定：所述被监视的管壁部分至少部分地延伸经过连接在所述测量传感器上的管路。

本发明的基本思想在于，为了探测在测量管上形成的覆盖物，特别是为了补偿由此引发的测量误差，至少暂时地以这样一种振荡模式驱动测量传感器，在该振荡模式中所述测量管至少部分地执行扭转振荡，因为这些扭转振荡可以在很大程度上是覆盖物敏感的。根据至少所述测量管的扭转振荡的振荡频率，能够以非常简单的方式可靠地获得下述信息：所述至少一个测量管是否被不希望出现的覆盖物覆盖。本发明的另一个基本思想在于，借助所述描述类型的在线测量装置(可能也包含涉及到管路的、假定存在的运行经验)监测所连接的管路的上游段和/或下游段的运行状态。

本发明还特别基于令人意想不到的认识，即这种测量管的自然扭转振荡的固有频率不仅很大程度被在管壁上形成的覆盖物影响，而且甚至以良好可重现的方式如此地与覆盖物的变化相关联，即：该覆盖物能够基于扭转振荡频率至少考虑到其发挥效能的质量而被测量；与此相比而言，例如直线式测量管的侧向振荡的振荡频率以明显较低的程度地取决于在该测量管上形成的覆盖物。借助粘度的变化而可能引发的扭转振荡的固有频率的很小的变化，能够考虑到在运行中至少以合适方式被测得的粘度毫无疑问地被补偿。与此相似，可能出现的扭转振荡频率的固有频率的密度关联性，也能够基于至少同样被测定的介质密度和/或基于至少同样被测量的侧向振荡的振荡频率而被校验。相同的是，在主要测量参数的变化的影响之外，开始部分提到的次要参数的变化引发的、针对扭转振荡的干扰影响，也能够相应地一同被关注，例如通过温度变化引起的轴应力、弹性系数的变化和/或剪切弹性系数的变化。

本发明优点首先在于：被激励的扭转振荡也能用于非常准确地测量在测量管内引导的介质的粘度，对比开始提到的US-A 45 24 610或US-B 68 40 109。本发明的另一个优点还在于，由于测量管的大多数很大程度的相似性和所连接的管路，特别在其流动特性和/或材料特性方面，根据该测量管的振荡特性所探测的覆盖物也能够追溯到在该管路内的覆盖物形成。

附图说明

现在将结合在附图中图示的实施例进一步阐述本发明以及其具备优点的实施方式。在所有图中相同的部分采用相同的附图标记，如果出于清楚的需要，则在后续图中放弃已经提及的附图标记。

图1示出了能够被应用到管路的在线测量装置，其用于测量在该管路内引导的液体的质量流量；

图2以透视侧视图示出了适合于图1的测量装置的振动式测量传感器的实施例；

图3以侧剖面图示出了图2的测量传感器；

图4以第一横截面示出了图2的测量传感器的；

图5以第二横截面示出了图2的测量传感器的；

图6以框图方式示意性地示出了适合于图1的在线测量装置的测量装置电子设备的构造；以及

图7图示了借助根据图1至7的在线测量装置实验性地测得的测量数据。

具体实施方式

图1中透视地示出特别是多变量的在线测量装置1，其特别适合于检测管道内流动的介质(在此出于清楚的原因未示出)的一个或多个物理测量量，例如质量流量m，密度ρ和/或粘度η，并且适合于给出瞬时地表示这些测量量的测量值X_x，例如表示质量流量m的质量流量测量值X_m、表示密度ρ的密度测量值X_ρ和/或表示粘度η的粘度测量值X_η。在此，介质在实践中可以是任何可流动的物质，例如液体、气体、蒸汽或类似物。

例如被构造为科里奥利质量流量测量计/密度测量计和/或粘度测量计的在线测量装置1为此包括：在运行中被待测介质流经的振动式测量传感器10，在图2至图5中示出它的实施例和构造，以及一种如图1和图6示意性地示出的与测量传感器10电连接的测量装置电子设备50。优选地测量装置电子设备50如此构造，使得它在线测量装置1运行期间能够与该在线测量装置1上游的测量值处理单元(例如存储器可编程控制器(SPS)、个人电脑和/或工作站)通过数据传输系统(例如现场总线系统)来交换测量数据和/或其它运行数据。此外测量装置电子设备50如此构造，使得它能够从外部的能源供给，例如也通过之前所述的现场总线系统，获得供给。当振动式测量装置被设计用于联接到现场总线系统或者其它通信系统时，所述特别是可编程的测量装置电子设备50具有相应的用于数据通信的通信接口，例如用于发送测量数据到已经提到的存储器可编程控制器或者上游的过程控制系统。为了安置测量装置电子设备50还设计了特别是从外侧直接安装在测量传感器10上的或者与其保持距离的电子设备壳体200。

正如已经提及的，在线测量装置包括在运行中被待测介质流经的振动式测量传感器，并且该振动式测量传感器被用于在流经过的介质中生成这样的机械反应力，特别是取决于质量流量m的科里奥利力、取决于介质密度ρ的惯性力和/或取决于介质粘度η的摩擦力，它们可测量地、特别是可通过传感器检测地反作用到测量传感器上。从这些描绘介质的反应力推导，就能够以本领域技术人员公知的方式测量例如介质的质量流量m、密度ρ和/或粘度η。图2和图3示意性地示出了作为振动式的测量传感器10的物理电子转换器布置的实施例。这种类型的转换器布置的机械构造和运行方式对于本领域技术人员是公知的，例如在US-B 66 91 583、WO-A 03/095949和WO-A 03/095950中有详细描述。

为了引导介质并且生成所述的反应力，该测量传感器包括至少一个预给定的测量管流量测量计的、基本直线形的测量管10，该测量管10在运行中至少暂时地被允许振动并且由此重复地弹性变形。测量管腔的弹性变形在这里意味着，测量管腔的空间形状和/或空间位置在测量管10的弹性范围内以预给定的方式循环地、特别是周期性地改变，对此比较US-A 48 01 897、US-A 56 48 616、US-A 57 96 011、US-A 60 06609、US-B 66 91 583、WO-A 03/095949和/或WO-A 03/095950。这里要指出，代替在实施例中示出的具有单独的直线式的测量管的测量传感器，也可以从现有技术公知的多种振动式的测量传感器中选择用于实现本发明的测量传感器。例如具有两个相互基本平行的直线式测量管的振动式测量传感器是特别适合的。

如图2和图3所示，测量传感器1还具有包围测量管10以及可能的其它测量传感器组件(参见后文)的测量传感器壳体100，该测量传感器壳体100为其防止有害的周围环境影响，和/或衰减测量传感器的向外的可能的声音发射。此外，测量传感器壳体100也用于保持包裹了测量装置电子设备50的电子设备壳体200。另外，测量传感器壳体100还配备有颈状的过渡件，电子设备壳体200相应地固定于其上，参见图1。代替这里所示的管状的、与测量管共轴分布的转换器壳体100当然也可以使用其它合适的壳体形状，例如盒状结构。

通常情况下，在输入侧和输出侧与待测的介质输入的或输出的管路连接的测量管10能够振荡地被悬挂于相当刚性的、特别是抗弯曲抗扭曲的转换器壳体100内。为了使得介质流经，测量管10通过通入到输入端11#的输入管件11以及通入到输出端12#的输出管件12连接到管路。测量管10、输入和输出管件11、12相互之间以及相对于上述的测量管纵轴L尽可能地同心对准，并且以有利方式整件地实施，从而例如唯一的管状半成品能够用于它们的制造；但是如果需要，测量管10和管件11、12也可以借助单独的、后续组装的(例如焊接的)半成品制造。为了制造测量管10以及输入管件和输出管件11、12，实践中也可以采用任何对于这种测量传感器来说常用的材料，例如铁合金、钛合金、锌合金和/或钽合金、塑料或者陶瓷。对于测量传感器可松脱地安装在管路上的情况来说，输入管件11和输出管件12优选分别形成第一或第二法兰13、14；如果需要，输入和输出管件11、12也可以例如借助焊接或者硬焊地直接与管路连接。此外测量传感器还有在输入和输出输出管件11、12处固定的、容纳了测量管10的转换器壳体100(对此参见图1和图3)。

根据本发明的一种构造方式，为了测量质量流量m和/或密度ρ，测量管10在一种被构造为侧向振荡模式的振荡利用模式中被激励，其中，至少部分地把振荡，特别是弯曲振荡侧向于假想的测量管纵轴L地实施，特别是这样，即：基本以自然的弯曲固有频率振荡的、根据自然的第一固有振荡方式侧向地弯曲。对于介质在连接的管路内流动并且由此质量流量m不为零时，借助在第一振荡利用模式中振动的测量管10在流经的介质中感生出科里奥利力。它再反作用到测量管10，并且以本领域技术人员公知的方式、基本根据自然的第二固有振荡方式导致附加的、可传感器检测的、测量管10的变形，所述第二固有振荡方式与所述第一固有振荡方式共面地叠加。在此，测量管10的变形的瞬时的表现，特别是关于该变形的幅值，取决于瞬时的质量流量m。具有两个振荡腹部或者四个振荡腹部的反对称弯曲振荡方式能够作为第二固有振荡方式，即所谓的科里奥利模式(Coriolismode)，例如在这种测量传感器通常的那样。因为测量管的这些侧向振荡模式的自然的固有频率已知在特定程度上也取决于介质的密度ρ，因此也可以借助在线测量装置、在质量流量m之外测量密度ρ。

根据本发明的另一构造方式，为了在流动的介质中生成与质量流量相关的科里奥利力和/或与密度相关的惯性力，测量管10至少暂时地以侧向振荡频率f_excL激励，该振荡频率尽可能精确地对应于测量管10的最低自然弯曲固有频率，从而侧向振荡的、然而没有被液体流经的测量管10，关于垂直于测量管纵轴L的中轴基本对称地被弯曲，并且因此具有唯一的振荡腹部。这种最低的弯曲固有频率例如在作为测量管10的优质钢管情况下(其标称管径为20mm、壁厚1.2mm、长度为大约350mm以及普通构造方式)，是大约850Hz到900Hz。

除了侧向振荡之外，至少一个测量管10，特别是也用于在流动介质中生成取决于粘度的剪切力，至少暂时地运行于扭转振荡模式中。在该扭转振荡模式中，测量管被激励，而围绕基本与测量管纵轴L平行地延伸的或者重合的扭转振荡轴地扭转振荡，亦即：基本根据自然扭转振荡方式围绕其纵轴L扭转，这里也参见例如US-A 45 24 610、US-A52 53 533、US-A 60 06 609或者E P-A 1 158 289。扭转振荡的激励在这里既可以交替地、以第一振荡利用模式及与第一振荡利用模式分开地在第二振荡利用模式中实施；或者也可以至少在相互可区分的振荡频率下，同时以侧向振荡在第一振荡利用模式中实施。换一种说法，该测量传感器至少暂时地运行于双模式运行中，其中，至少一个测量管10交换地和/或交替地以至少两个相互基本不相关联的振荡模式，即侧向振荡模式和扭转振荡模式而被振动。根据本发明的另一构造方式，测量管10，特别是同时以侧向振荡处于运行模式中地，以扭转振荡频率f_excT被激励，所述扭转振荡频率尽可能精确地符合于测量管10的自然扭转固有频率。最低的扭转固有频率例如在直线型测量管中，可以大约处于最低的弯曲固有频率的双倍的范围内。

如所述，测量管11的振荡一方面通过振荡能量的释放，特别是释放到介质中，而衰减。另一方面也可以由此从振动的测量管10抽出大量的振荡能量，即：与该测量管10机械联接的构件(例如转换器壳体100或者连接的管路)同样被激励而振荡。为了抑制或者避免振荡能量到周围的可能的释放，因此在测量传感器内还设计输入侧和输出侧固定在测量管10上的反振器20。该反振器20能够整件地被实施，如图2示意性地示出。如果需要，那么该反振器20也可以由多部分组成或者借助两个分离的、输入侧或输出侧固定在测量管10上的部分反振器实现，例在US-A 59 69 265、EP-A 317 340或WO-A 00/14485所示。该反振器20首先服务于针对至少一个预定的、例如在测量传感器运行中最常出现的或者重要的介质密度而尽可能地动态地平衡测量传感器，使得补偿在振动的测量管10中可能产生的横向力和/或弯曲力矩(对此参阅US-B 66 91 583)。此外，反振器20还用于当测量管10在运行中也被激励而扭转振荡时，产生尽可能地补偿由优选是围绕其纵轴L扭转的整体的测量管10所生成的扭转力矩的逆扭转力矩，并进而使得测量传感器的周围，特别是所连接的管路，尽量不受动态的扭转力矩影响。如图2和3示意性所示的，该反振器20能够管状地实施，并且例如在输入端11#和在输出端12#这样与测量管10连接，使得该反振器20(如图3所示)基本同轴对准测量管10。作为用于反振器20的材料，在实践中通常使用与可用于测量管10的材料相同的材料，例如优质钢、钛合金等。

特别是与测量管10相比具有较低扭转弹性和/或弯曲弹性的反振器20，能够在运行中同样振荡，并且以与测量管10相比基本相同的频率，然而与测量管10相比相位不同，尤其是相反相位地振荡。与此相应的是，反振器20以至少一个它的扭转固有频率、尽可能准确地确定到各个扭转固有频率，在运行中主要以所述各个扭转固有频率来振荡。此外，该反振器20尽可能地将至少一个它的弯曲固有频率设定为与至少一个弯曲振荡频率相同，测量管10(特别是在使用模式中)能够以该弯曲振荡频率振荡；并且反振器20在测量传感器的运行中也被激励而侧向振荡，特别是弯曲振荡，所述侧向振荡与测量管10的侧向振荡(特别是使用模式的弯曲振荡)基本共面地形成。

根据本发明的一种构造方式，如图2和3示意性所示，设计包括在反振器20中的槽201、202，它们能够以简单方式精确地设定其扭转固有频率，特别是通过降低反振器20的扭转刚性的降低来降低扭转固有频率。尽管在图2或3中沿纵轴L方向示出了基本平均分布的槽201、202，如果需要它们也可以随意地沿纵轴L方向不均匀地布置。此外，反振器的质量分布也能够借助相应的离散的质量补偿体来校正，所述质量补偿体固定在测量管10上。例如在测量管10上被推移的金属环或者固定于其上的金属片能够被用作为质量补偿体。

为了生成测量管10的机械振荡，测量传感器此外还包括特别是电动力学式的激励系统40，其与测量管联接。激励系统40用于：把由测量装置电子设备以相应的激励信号的形式(例如借助被施加的激励电流i_exc和/或被调节的电压)供给的电子的激励功率P_exc转换为：例如以脉冲形式或谐波形式作用到测量管10的、并使其弹性变形的激励扭矩M_exc和/或侧向作用到测量管10的激励力F_exc。为了获得尽可能高的效率和尽可能高的信号/噪声比，激励功率P_exc尽可能精确地如此设定，即在使用模式中主要维持测量管10的振荡，亦即，尽可能精确地维持在被介质流经的测量管的瞬时固有频率或者在多个这种固有频率上。在此，如图4所示，激励力F_exc和激励扭矩M_exc能够分别双向地或者也可以是全向地形成，并且能够通过本领域技术人员公知的方式，例如借助电流和/或电压控制电路、关于其幅值进行调整，以及例如借助相位控制回路、关于其频率进行调整。正如对于振动式测量传感器通常的那样，激励系统40例如可以是可伸缩线圈布置，该可伸缩线圈布置具有在反振器20上或者从内部固定在转换器壳体100上的圆柱形激励线圈，相应的激励电流i_exc在运行中流过所述激励线圈；并且该可伸缩线圈还具有至少部分地进入到所述激励线圈的长期磁化的衔铁，该衔铁固定在测量管10上。此外激励系统40还可以例如在US-A 45 24 610或WO-A03/095950所示的那样，借助多个可伸缩线圈或者借助电磁装置实现。

为了探测测量管10的振荡，测量传感器还包括传感器系统50，该传感器系统50借助至少一个对测量管10的振动有反应的第一振荡传感器51，生成代表其的第一、特别是模拟的振荡测量信号s₁。振荡传感器51可以例如借助长期磁化的衔铁构成，其被固定在测量管10上，并且与固定在反振器20或转换器壳体上的传感器线圈相互作用。特别适合作为振荡传感器51的是这些传感器：所述这些传感器基于电动力学的原理检测测量管10的偏转速度。也可以采用测量加速度的电动力学式传感器或者测量行程的阻抗式传感器和/或光学传感器。当然也可以采用其它本领域技术人员公知的，适合于探测这种振动的传感器。传感器系统60此外还包括特别是与第一振荡传感器51相同的第二振荡传感器52，借助它该传感器系统60提供代表测量管10的振动的第二振荡测量信号s₂。这两个振荡传感器51、52在这种构造方式情况下沿着测量管10相互间隔，特别是与测量管10的中心保持相同距离地，这样在测量传感器10中布置，使得借助传感器系统50既在输入侧也在输出侧局部地检测测量管10的振动，并且转换到相应的振荡测量信号s₁或s₂。如图6所示，通常分别具有对应于测量管10的瞬时振荡频率的信号频率的两个振荡测量信号s₁、s₂被输送给测量装置电子设备50，在测量装置电子设备50中以本领域技术人员公知的方式被相应地预处理，特别是数字化，并且随后被适合地分析处理。

根据本发明的一个实施方式如图2、3和4所示，激励系统40如此被构造且被布置在测量传感器内，使得该激励系统40在运行中同时，特别是差分地，作用到测量管10和反振器20。在本发明的改进方式中，亦如图2所示，激励系统40以优选的方式如此被构造且被布置在测量传感器内，使得该激励系统40在运行中同时，特别是差分地，作用到测量管10和反振器20。在如图4所示的实施例中，激励系统40此外还具有至少一个在运行中至少暂时地由激励电流或者部分激励电流流经的第一激励线圈41a，所述第一激励线圈41a固定在与测量管10连接的臂41c上，并且通过其和从外侧固定在反振器20上的衔铁41b，差分地作用到测量管10和反振器20上。这种布置方式此外也具有优点，即：一方面反振器20和进而转换器壳体100在横截面上被保持得很小，并且尽管如此激励线圈41a，特别是即使在安装时也能够容易地被操作。此外激励系统40的实施方式的另一个优点是，可能要应用的、特别是在标称管径大于80mm情况下不再能够被忽略的重的线圈杯41d同样能够被固定到反振器20上，并且由此在实践中不影响测量管10的固有频率。然而在此还要指出，如果需要，激励线圈41a也能够由反振器20保持，以及与此相应的衔铁41b能够由测量管10保持。

以与此相应的方式，振荡传感器51、52可以如此设计并在测量传感器中布置，使得通过它，测量管10和反振器20的振动能够被差分地检测。在图5所示的实施例中传感器系统50包括在测量管10上固定的(在此布置在传感器系统50总体的惯性主轴之外的)传感器线圈51a。传感器线圈51a尽可能地靠近在反振器20上固定的衔铁51b地布置，并且与其如此磁联接，使得在传感器线圈内感生变化的测量电压，所述测量电压是受旋转和/或侧向的、改变其相对位置和/或其相对距离的、测量管10和反振器20之间的相对运动影响的。基于传感器线圈51a的这种布置方式，能够以有利的方式同时既检测上述的扭转振荡也检测被激励的弯曲振荡。如果需要，传感器线圈51a此外也能够固定在反振器20上，并且与其联接的衔铁51b能够以相应的方式固定在测量管10上。

根据本发明的另一个实施方式，测量管10、反振器20以及其上固定的传感器系统和激励系统40、50参考它们的质量分布如此相互确定，使得测量传感器的、如此构成的、借助输入管件和在输出管件11、12处悬挂的内部件具有质量重心MS，该质量重心MS至少位于测量管10内，优选尽可能地靠近测量管纵轴L。此外该内部件以有利方式如此构成，使得它具有与输入管件11和输出管件12对中心的、并且至少节段式地位于测量管10内部的第一惯性主轴T₁。由于内部件的质量重心的布置，特别是由于第一惯性主轴T₁的所述位置，这两个符合运行方式地由测量管10具有的并且由反振器20尽可能地补偿的振荡形式，即测量管10的扭转振荡和弯曲振荡，机械地相互尽最大可能地分离(对此对比US-B 68 40 109)。由此这两个振荡形式，即侧向振荡和/或扭转振荡，以有利方式随意地相互分开地被激励。质量重心MS和第一惯性主轴T₁的相对于测量管纵轴L的布置例如能够由此显著地简化，即内部件(即测量管10、反振器20以及其上固定的传感器系统和激励系统50、40)如此构造并如此相互布置，使得内部件的质量分布沿着测量管纵轴L基本对称，至少相对于假想的绕测量管纵轴L的180°旋转是不变的(c2-对称)。为此，在这里管形的、特别是尽可能地轴向对称构成的反振器20与测量管10基本同轴地布置，由此内部件的对称质量分布的获得被明显简化了，进而质量重心MS以简化方式被布置靠近测量管纵轴L。此外传感器系统和激励系统50、40在实施例中被如此构成并且如此相互布置在测量管10并且可能布置在反振器20上，使得通过它们生成的质量惯性力矩尽可能集中于测量管纵轴L地构建，或者至少被保持得尽量小。这例如可以如此实现，即：传感器系统和激励系统50、40的共同质量重心同样尽可能地靠近测量管纵轴L，和/或即：传感器系统和激励系统50、40的共同质量保持得尽可能小。

根据本发明的另一个实施方式，激励系统40为了分离测量管10的扭转振荡和/或弯曲振荡的激励被如此构成并如此固定于其上以及反振器20上，使得生成弯曲振荡的力沿着假想的力线作用到测量管10上，所述力线在垂直于第一惯性主轴T₁的第二惯性主轴T₂的外侧延伸，或者最终仅在一个点上相交。内部件优选如此构成，使得第二惯性主轴T₂基本与上述中轴重合。在如图4所示的实施例中，激励系统40还具有至少一个在运行中至少暂时地由激励电流或者部分激励电流流经的第一激励线圈41a，所述第一激励线圈41a固定在与测量管10连接的臂41c上，并且通过其和从外侧固定在反振器20上的衔铁41b差分地作用到测量管10和反振器20上。这种布置方式此外具有优点，即一方面反振器20和进而转换器壳体100在横截面上被保持得小，并且尽管如此激励线圈41a，特别是在安装时，也能够容易地被操作。此外激励系统40的这种实施方式的另一个优点在于，可能使用的、特别是在标称管径大于80mm情况下不再能够被忽略的重的线圈杯41d同样能够被固定到反振器20上，并且由此在实践中不影响测量管10的谐振频率。然而还要指出，如果需要，激励线圈41a也能够由反振器20保持，以及与此相应的衔铁41b也能够由测量管10保持。

根据本发明的另一个实施方式，激励系统40具有至少一个沿着测量管10的直径布置的第二激励线圈42a，其以与激励线圈41a相同的方式与测量管10和反振器20联接。根据本发明的另一优选实施方式，激励系统具有两个其它的、总共四个至少关于第二惯性主轴T₂对称布置的激励线圈43a、44a，它们所有都以所述方式安装在测量传感器内。在第二惯性主轴T₂之外作用到测量管10上的力能够借助这种两个或四个线圈系统以简单的方式例如如此被生成，即这些激励线圈中的一个(例如激励线圈41a)与各个其它激励线圈相比具有不同的感应系数，或者这些激励线圈中的一个(例如激励线圈41a)在运行中被部分激励电流流过，所述部分激励电流与各个其它激励线圈的各自的部分激励电流不同。

根据本发明的另一实施方式，传感器系统50包括，如在图5中示意性地示出的，在第二惯性主轴T₂外布置的、固定在测量管10上的传感器线圈51a。传感器线圈51a尽可能地靠近在反振器20上固定的衔铁51b地布置，并且与其如此磁联接，使得在传感器线圈内感生变化的测量电压，所述测量电压是受旋转和/或侧向的、改变其相对位置和/或其相对距离的、测量管10和反振器20之间的相对运动影响的。基于传感器线圈51a的、所述依据本发明的布置方式，能够以有利的方式同时既检测上述的扭转振荡也检测可能被激励的弯曲振荡。如果需要，此外传感器线圈51a也能够固定在反振器20上，并且与其联接的衔铁51b能够以相应的方式固定在测量管10上。

在这里还要说明，即激励系统40和传感器系统50以本领域技术人员公知的方式在其机械结构方面也可以以基本相同的方式实施，进而激励系统40的机械结构的所述实施方式能够基本地传递到传感器系统50的机械结构，并且反向亦然。

为了让测量管10振动，激励系统40如所述那样，借助同样地、特别是多频率地振荡的、具有可调节的幅值和可调节的激励频率f_exc的激励电流i_exc如此地被供给，使得所述激励电流i_exc在运行中流经激励线圈26、36并且以相应方式生成用于移动衔铁27、37所必须的磁场。激励电流例如可以是简谐的、多频率的或者方波形的。激励电流i_exc的用于正确保持测量管10的侧向振荡所必须的侧向电流分量i_excL的侧向振荡激励频率f_excL，能够在实施例所示的测量传感器中如此以有利的方式被选择及设定，使得侧向振荡的测量管10基本以具有唯一的振荡腹部的弯曲振荡基本模式来振荡。与此相似的是，激励电流i_exc的用于正确保持测量管10的扭转振荡所必须的扭转电流分量i_excT的扭转振荡激励频率f_excT，在有利方式下如此被选择及设定，使得扭转地振荡的测量管10尽可能以具有唯一的振荡腹部的扭转振荡基本模式来振荡。根据所选择的不同的运行方式，这两个所述电流分量i_excL和i_excT例如能够间隙地，即瞬时地分别作为激励电流i_exc发挥作用，或者也可以同时即相互补充到激励电流i_exc地供应给激励系统40。

对于上述情况，即侧向振荡频率f_excL和扭转振荡频率f_excT相互不同地被调节，测量管可以借助所述侧向振荡频率f_excL和扭转振荡频率f_excT而在运行中振荡，可以借助测量传感器以简单且有利的方式即使在同时激励了扭转振荡和弯曲振荡情况下(例如基于信号过滤或者频率分析)，既在激励信号中也在传感器信号中实现各个振荡模式的分离。否则，则推荐交替地激励侧向振荡或扭转振荡。

为了生成和设定激励电流i_exc或者说电流分量i_excL、i_excT，测量装置电子设备50包括相应的驱动电路53，该驱动电路53由代表待调节的侧向振荡激励频率f_excL的侧向振荡频率调节信号y_FML，和由代表激励电流i_exc的和/或侧向电流分量i_excL的待调节的侧向振荡幅值的侧向振荡幅值调节信号y_AML，以及至少暂时由代表待调节的扭转振荡激励频率f_excT的扭转振荡频率调节信号y_FMT，和由代表激励电流i_exc的和/或扭转电流分量i_excT的待调节的扭转振荡幅值的扭转振荡幅值调节信号y_AMT控制。驱动电路53能够例如借助压控振荡器和下游设置的电压电流转换器来实现，代替模拟的振荡器能够例如使用数值地受控的数字式振荡器，以便调节瞬时的激励电流i_exc或激励电流的分量i_excL、i_excT。

例如集成到测量装置电子设备50内的幅值控制电路51能够用于生成侧向振荡幅值调节信号y_AML和/或扭转振荡幅值调节信号y_AMT，所述幅值控制电路51根据两个在瞬时的侧向振荡频率和/或瞬时的扭转振荡频率下测得的振荡测量信号s₁、s₂中的至少一个的瞬时幅值，以及根据侧向振荡及扭转振荡W_B、W_T的、相应的、恒定的或者可变的幅值参考值来更新幅值调节信号y_AML、y_AMT；在某些情况下为了生成侧向振荡幅值调节信号y_AML和/或扭转振荡幅值调节信号y_AMT，能够引用激励电流的瞬时幅值i_exc。这种幅值控制电路的结构和作用方式对于本领域技术人员同样也是公知的。“PROMASS 83”系列的测量转换器就是这种幅值控制电路的例子，正如由本专利申请人例如与“PROMASS I”系列的测量传感器关联地提供的那样。它们的幅值控制电路优选如此实现，即测量管10的侧向振荡被调节到恒定的(也就是与密度ρ无关的)幅值。

频率控制电路52和驱动电路53例如可以被构造为相位调节回路，该相位调节回路通过本领域技术人员公知的方式这样应用，根据相位差，所述相位差在至少一个振荡测量信号s₁、s₂和待调节或瞬时测量的激励电流i_exc之间测得，侧向振荡频率调节信号y_FML和/或扭转振荡频率调节信号y_FMT始终与测量管10的当前的固有频率比较。旨在驱动测量管到其机械固有频率的这种相位调节回路的构造和应用例如在US-A 4801 897中被详细论述。当然也可以采用其它对于本领域技术人员公知的频率控制电路，例如在US-A 45 24 610或US-A 48 01 897所建议的那样。此外这种频率控制电路的针对振动式测量传感器的应用可以在已经述及的“PROMASS 83”系列的测量转换器中找到。此外适合于驱动电路的电路例如可以在US-A 58 69 770或US-A 65 05 519中找到。

根据本发明的另一个实施方式幅值控制电路51和频率控制电路52，如在图6中示意性地示出的，是借助在测量装置电子设备50内设定的数字信号处理器DSP以及借助在其内相应实现并在其内运行的程序代码来实现的。该程序代码例如可以在控制和/或监视信号处理器的微电脑55的非易失性存储器EEPROM内持续地或者也可以是永久地存储，并且在信号处理器DSP启动时能够被读取到测量装置电子设备50的、例如在信号处理器DSP内集成的、易失性数据存储器RAM内。适合于这种应用的信号处理器例如是型号TMS320VC33，正如它由德州仪器有限公司(Firma Texas Instruments Inc.)在市场上提供的那样。实践中显而易见的是，用于在信号处理器DSP内处理的振荡测量信号s₁、s₂借助相应的模数转换器A/D被转换成相应的数字信号，特别是参见EP-A866 319。如果需要，由信号处理器给出的调节信号(例如幅值调节信号y_AML、y_AMT或者频率调节信号y_FML、y_FMT)能够以相应的方式从数字到模拟地转换。

如在图6中示意性地示出的，可能预先被条件适配处理过的振荡测量信号s₁、s₂还被输入给测量装置电子设备的测量电路21，该测量电路21根据振荡测量信号s₁、s₂的至少一个和/或根据激励电流i_exc生成至少一个测量值X_x。

根据本发明的一个实施方式，测量电路21至少部分地被构造为流量计算装置，并且该测量电路还用于以本领域技术人员熟知的方式，根据在至少部分侧向振荡的测量管10情况下所生成的振荡测量信号s₁、s₂之间检测到的相位差，检测在这里作为质量流量测量值X_m的第一类测量值，所述第一类测量值尽可能精确地表示待测量的质量流量m。在常规的科里奥利质量流量测量装置中已经使用和设立的、特别是数字的测量电路能够在这里被作为测量电路21，所述测量电路根据振荡测量信号s₁、s₂测定质量流量，参见特别是在开始部分述及的WO-A02/37063、WO-A 99/39164、US-A 56 48 616和US-A 50 69 074。当然也可以采用其它对于本领域技术人员公知的适合于科里奥利质量流量测量装置的测量电路，该测量电路能够测量并相应地分析所述类型的振荡测量信号之间的相位差和/或时间差。此外测量电路21还用于生成被应用为密度测量值X_ρ的第二类测量值，该第二类测量值由振荡频率推导得出，所述振荡频率是例如根据振荡测量信号s₁、s₂的至少一个测得的、至少一个测量管11的侧向振荡的振荡频率，所述第二类测量值瞬时地表示了介质的待测密度ρ。由于直线的测量管10如上所述地符合运行方式地被允许同时或者交替地侧向振荡和扭转振荡，因此测量电路21此外还能被用于测定可被应用为粘度测量值X_η的第三类测量值，所述第三类测量值由激励电流i_exc推导得到，该激励电流i_exc可被看作为测量管11内引导的介质的表现的粘度或者粘度密度积的尺度，所述第三类测量值瞬时地表示了介质的粘度，参见US-A 45 24 610、WO-A 95 16897或US-B 66 51 513。

这对于本领域技术人员来说肯定是清楚的，即在线测量装置既能够在共同的测量周期内以相同的刷新率，也能够以不同的刷新率，测定不同的测量量x[m，_ρ，_η...]的各个测量值X_x[X_m，X_ρ，X_η...]。例如大多数明显地变化的质量流量m的高精度的测量通常要求非常高的刷新率，介质的与此相反的经过长时间大部分很少改变的粘度η能够以较大的时间间隔来更新。

此外可以毫无顾忌地设定前提，即当前测定的测量值X_x能够能够被中间存储在测量装置电子设备内并为后续应用保持它。在有利方式中，测量电路21此外还可以借助信号处理器DSP来实现。

如在开始部分以及述及的，在管壁上例如由于沉积过程沉淀的覆盖物，还例如在管壁上出现的磨损可能导致在线测量装置的测量结果的误差。在具有振动传感器的在线测量装置情况下特别是当测量管的管壁的改变自身影响到了测量精度时，当在线测量装置很大程度地取决于流动轮廓的测量精度时，引导介质的管路的管壁上的未知变化同样会导致严重的测量误差。令人惊奇的是，在振动式测量传感器的情况下，在测量管的管壁上形成的覆盖物特别是影响了自然的扭转固有频率并且因而影响了扭转振荡频率f_excT，该测量管以该扭转振荡频率被激励，然而自然的侧向固有频率几乎不受任何影响，参见图7。扭转振荡频率f_excT相对于测量管的管壁的另外的改变是同样敏感的，例如由于在测量管内磨损性的介质导致的材料减少。

在形成覆盖物的情况下可以这样形象地解释，即一方面覆盖物B的密度ρ_B在时间上的平均值基本与同样地平均的介质密度相同，并且因而侧向振荡频率f_excL对于这种在测量管上积沉的覆盖物不是特别程度地敏感，然而通过覆盖物B虚拟地增大了管壁的厚度并且由此明显地改变了测量管的绕惯性主轴的质量惯性力矩。在管壁上出现磨损的情况下，因此分别导致的当前的测量管的扭转固有频率的降低与在新的测量装置初始情况下设置的扭转固有频率相比而言可以如此表示，即至少在扭转基本模式中，预先确定的最低的可靠的扭转振荡频率的下降能被作为针对在测量管上的磨损的非常可靠的指示。因而在根据本发明的在线测量装置情况下还规定，即测量装置电子设备2，基于被激励的扭转振荡的被反复测定的振荡频率f_excT，监视至少一个测量管的运行状态，特别是测量管的覆盖物沉积和/或磨损，并且可能在测定各个测量值X_x时也关注该监视的结果。测量管的该运行状态例如能够以简单方式根据扭转振荡频率f_excT的相对变化

$\frac{f_{\mathrm{excT}}^2}{f_{\mathrm{excT},0}^2}-1,$

或者以简化的线性化形式

$\frac{f_{\mathrm{excT}}}{f_{\mathrm{excT},0}}-1$

(1)

相对于参考振荡频率f_excT，0被定量，该参考振荡频率f_excT，0是针对给定的带有未被沉积覆盖物的测量管的测量传感器初始化地设定的，并且以表示测量管的运行状态的状态值的形式示出。代替对扭转振荡频率f_excT的近似直接的测量，根据振荡测量信号s₁、s₂的至少一个，瞬时的扭转振荡频率f_excT例如也能够由被瞬时地提供到激励系统的激励信号和/或近似间接地根据所述的扭转振荡频率调节信号y_FMT得出。

根据本发明的一个实施方式设定测量装置电子设备2，以便测定在测量管上形成的覆盖物B的程度，特别是有效质量m_B和/或平均厚度d_B，至少探测在测量管上形成的覆盖物B的存在。根据本发明的该实施方式的扩展还设计，即测量装置电子设备基于所测得的扭转振荡的振荡频率f_excT而测定(例如给出警告的)第一类状态值Z_B，该第一类状态值Z_B至少把在测量管上形成的覆盖物B的存在信号化。根据振荡频率f_excT测定得到的覆盖物的覆盖物测量值X_B，例如可以为此与一个或多个预先设定的可靠的边界值比较，并且状态值Z_B能够从第一信号电平转换到第二信号电平，如果覆盖物测量值X_B相应地超过为此而确定的边界值。对于这种情况，即：覆盖物测量值X_B例如被作为覆盖物B的有效质量m_B的尺度，至少在基本均匀地并且基本相同地沿着测量管分布覆盖物B的假定情况下，在瞬时测定的振荡频率f_excT和有效质量m_B之间的尽可能线性的关联以下述数学关系非常简单地示出：

$X_B=K_B\·(\frac{f_{\mathrm{excT}}^2}{f_{\mathrm{excT},0}^2}-1)$

(2)

至少对于介质，该介质在其温度θ、其密度ρ和其粘度η方面尽可能地保持恒定，系数K_B实用地也是常数，该系数可以在在线测量装置安装过程中或之前被相应地校准并且在测量装置电子设备中能够以恒量K_B，0形式相应地被存储。当然为了改善精度(以该精度，覆盖物测量值X_B例如可以表示有效质量m_B或者由其推导得出的值)下述情况是必须，系数K_B借助至少一个运行参数相应地被匹配到可能变化的介质特性，特别是瞬时温度θ、密度ρ和/或粘度η等，所述运行参数在所描述的类别的在线测量装置的运行状态中通常无论如何都被测量和/或被调节，所述运行参数例如是：测量管温度、侧向振荡频率f_excL，侧向振荡幅值、激励电流幅值等。

特别是这里给出，根据方程(2)求得的覆盖物测量值X_B在使用当前在至少一个测量管路中引导的介质的密度测量值X_ρ和粘度测量值X_η的条件下能够根据下述的关系式被尽可能独立地得出，

$X_B=K_B\·(\frac{f_{\mathrm{excT}}^2}{f_{\mathrm{excT},0}^2}-1)-K_{B,0}\·\sqrt{(X_{\mathrm{\ρ}}\·X_{\mathrm{\η}})}$

(3)。

密度测量值X_ρ能够如所述那样，例如基于在所描述种类的在线测量装置的运行中以通常方式所测定的侧向振荡频率f_excL和/或例如根据侧向振荡频率调节信号y_FML在测量装置电子设备中被计算得出。同样已知的是，粘度测量值X_η的测定借助所描述种类的在线测量装置，例如根据扭转电流分量i_excT，有时也参考扭转振荡幅值和/或侧向振荡幅值，这里例如对比开始部分提及的US-B 68 40 109、US-A 45 24 610或US-A2004/0200268。相对于介质的粘度在测定覆盖物测量值X_B时，例如可以另选地或者补充地相应地参考测量管的振荡的衰减，特别是扭转振荡的衰减，所述衰减是由位于测量管内的介质引发的。

根据本发明的一个实施方式还规定，如此测定覆盖物测量值X_B：该覆盖物测量值X_B能够被看作为在测量管上形成的覆盖物的瞬时厚度d_B的尺度。这例如可以通过对所述方程(2)进行很小的改动来实现，方法是：在测定覆盖物测量值X_B时，把覆盖物B的密度ρ_B相应地考虑到计算中。这例如可以如此实现，即在尽可能恒定的处理条件下，特别是在介质尽可能地保持相同特性时，把预先测得的覆盖物B的密度ρ_B并入到被作为恒量而存储的校准恒量K_B，0而直接被用作输入。

根据本发明的一个实施方式，为了改善精度(借助该精度覆盖物B能够被估算)还规定，用于测定覆盖物测量值X_B的所述系数K_B反复地借助瞬时的覆盖物密度ρ_B的更新估计值

${\widehat{\mathrm{\ρ}}}_B$

被尽可能好地适配到在测量管内的实际的关系。相应地是，用于转换方程(2)而使用的系数K_B如下地进行改变：

$K_B=\frac{K_B^{\′}}{{\widehat{\mathrm{\ρ}}}_B}$

(4)。

作为估计值

${\widehat{\mathrm{\ρ}}}_B$

在这里例如可以是基于处理经验值和/或处理历史值的计算值，该计算值由布置在上游的测量值处理单元相应地测定并通过现场总线系统传递到在线测量装置。另选的或者补充的是，该估计值

${\widehat{\mathrm{\ρ}}}_B$

也可以直接在测量装置电子设备内依据所测得的运行参数而测定，例如根据多个密度测量值X_ρ和/或粘度测量值X_η，经过较长的时间而被存储和/或被求平均值。

这些前面叙述的，生成覆盖物测量值X_B、系数K_B和/或服务的数学函数(通过方程(2)到(4)被符号化)，能够至少部分地借助信号处理器DSP或者例如也可以借助上面提及的微型计算机55来实现。相应算法的制定和实现以及其被转换为在这些信号处理器中可执行的程序代码，这对于本领域技术人员来说是熟知的并且因而在这里(在本发明的认识范围内)不需要详细的论述，所述算法与前述的方程相关或者模仿幅值控制电路51和频率控制电路52的功能。当然所述方程也可以毫无顾忌地完全或者部分地借助在测量装置电子设备50内相应的分布式构造的模拟和/或数字电路来实现。

根据本发明的另一个实施方式，测量装置电子设备2为此规定，根据测量管的扭转振荡来测定在测量管上存在的磨损A，或至少探测在测量管上的磨损的存在。根据本发明的该实施方式的扩展中还规定，测量装置电子设备基于所测到的扭转振荡的振荡频率f_excT而测定(例如给出警告的)第二类状态值Z_A，其至少把在测量管上的磨损的存在信号化。通过测量装置电子设备2的相应校准，还能够以这样一种方式测定如此测定的第二类状态值Z_A，使得把第二类状态值Z_A作为磨损测量值X_A，该磨损测量值X_A表示在测量管上存在的磨损的程度，特别是测量管的管壁的当前壁厚相对于额定壁厚的相比的减少程度。

如果关注这样一种情况，即应用被投入到比较少见的应用场合中，在所述应用场合情况下既出现显著的覆盖物沉积也出现同样明显的在管壁上的磨损，被激励的扭转振荡的振荡频率f_excT至少参考相应的关于各个应用的附加信息，被彻底地看作用于覆盖物沉积的明确指示或者磨损的明确指示。这实际至少从某个已知的磨损等级开始在任何情况下都被涉及到，因为任何持续的磨损都会导致这样一种明显的扭转振荡的被关注的固有频率的降低，所述降低至少不再能够通过覆盖物沉积可靠地被解释。根据本发明的一个实施方式与此相符合地还规定，在测量装置电子设备中用于被测量的振荡频率f_excT的第一状态边界值G_A被存储，在其降低时通过被测量的振荡频率f_excT由测量装置电子设备给出被提高的磨损的信号化的警告。此外还把第二状态边界值G_A/B存储在测量装置电子设备内，该第二状态边界值G_A/B表示扭转振荡频率，该扭转振荡频率比通过所述第一状态边界值G_A表示的振荡频率高。对于把在线测量装置投入到偏向于覆盖物提高的应用的情况下，在低于第二状态边界值G_A/B时从测量装置电子设备给出开始覆盖物沉积或覆盖物沉积持续的信号化的警告，对于把在线测量装置投入到偏向于磨损提高的应用的情况下，将相应地给出开始磨损或者磨损持续的信号化的警告。

根据本发明的另一实施方式由测量装置电子设备，根据多个用于被测量的振荡频率f_excT的在较长运行时间范围内存储的和/或时间性地被平均的数字的数据值，和/或根据多个用于显示至少一个测量管的运行状态的状态值的在较长运行时间范围内存储的和/或时间性地被平均的数字的数据值，预先估算在线测量装置或至少测量管的剩余运行时间。

把与各个装置和其内当前被引导的介质相关的运行经验包括在内，从按照上述方式首先为了在线测量装置自身的监视而测定的至少一个测量管的运行状态出发，也可以回溯到至少连接在在线测量装置上的管路的所选择的节段的，特别是这样一些管壁的瞬时的和/或预先的运行状态，所述管壁被在在线测量装置内流动的介质符合驱动方式地接触。根据本发明的另一个实施方式与此相符合地还规定，基于以上述方式测定并分析的扭转振荡的振荡频率f_excT，借助测量装置电子设备还监视至少一个所选择的、至少部分地通过连接到在线测量装置的管路地延伸的管壁节段的运行状态。与此相应的是，用于测定上述状态值Z_A和/或Z_B而投入使用的分析方法可以如此改变，即相应地连带参考了管路的磨损状态和/或覆盖物状态的运行经验，被允许并入到基于振荡频率f_excT的状态值Z_A和/或Z_B的运算中，例如以相应的时变量形式的，如果有必要把受条件控制的系数K_B(t)引入到方程(2)、(3)和/或(4)。与此相符的是，根据本发明的另一个实施方式，测量装置电子设备以这样一种方式测定状态值Z_A和/或Z_B，即管壁的分别被选择的节段至少不完全对应于测量管的管壁，而是至少部分地对应于借助在线测量装置引导待测量的介质的管壁的管壁节段。第一类状态值Z_B相应地可以至少把在管路中的覆盖物的存在信号化，并且第二类状态值Z_A能够至少把在管路中磨损的存在信号化。此外，第一类状态值Z_B例如参考覆盖物的厚度或者覆盖物的质量，也能够示出在管路中的覆盖物沉积的程度，或者第二类状态值Z_A能够表示在管壁上至少节段式地存在的磨损的程度，特别是管壁的当前的壁厚与额定的壁厚的相比的减少程度。

尽管在所描述的类型的具有振动式测量传感器的在线测量装置情况下，在测量管上形成的覆盖物大部分仅很小程度地影响测定质量流量m的测量精度，但是这种在测量管上的覆盖物一定会严重地影响到例如测定密度ρ和/或粘度η的测量精度。同样的是，在所描述的类型的在线测量装置情况下磨损的出现还可以导致增大测量误差，至少在这里特别是在测定质量流量m时。一般情况下由此可以得出：覆盖物沉积以及磨损的出现还将导致：以通常方式假定测量管无变化而测得的测量值不足够精确地符合于实际的测量值x(例如实际的密度ρ)，即该测量值必须相应地被校正。

与此符合地，根据本发明的另一个实施方式，测量装置电子设备2以通常方式生成实用地作为初始测量值或者也作为起始测量值的测量值X′_x，其暂时地表示待测量的物理测量量x或者至少与其相关。鉴于非常丰富且非常详细地论述了的现有技术可以直接由此得出，符合于以通常方式生成的测量值的起始测量值X′_x的测定对于本领域技术人员来说毫无问题，由此对于本发明的其余解释该起始测量值X′_x能够被作为已知前提。此外测量装置电子设备基于扭转振荡的所测定的振荡频率f_excT生成至少一个参考了测量管的上述运行状态(例如在测量管上形成的覆盖物B)的用于初始测量值X′_x的校正值X_K。由该初始测量值X′_x借助分析电子设备21最后通过应用至少一个校正值X_K，推导出足够精确地代表物理测量值x的测量值X_x，所述测量值例如可以是质量流量测量值、密度测量值或者粘度测量值。根据校正值X_K，中间值X′_x的校正也与生成测量值X_x一样，能够在测量装置电子设备内例如基于该数学关系式

X_x＝(1+X_K)·X′_x

(5)

得出。

根据本发明的改进例，用于确定瞬时合适的校正值在运行中从测量管的扭转振荡的当前的振动频率f_excT出发可以这样实用地被直接测得，即在振荡频率f_excT的频率值和适合于其的校正值X_K之间的唯一的关系式被在测量装置电子设备中程序化。为此测量装置电子设备2还具有表格存储器，在该表格存储器内预先，例如在在线测量装置的校准时，存储测得的数字的校正测量值X_K，i的记录。测量电路通过借助当前有效的振荡频率f_excT的频率值而测得的存储器地址实用地直接访问校正测量值X_K，i。该校正测量值X_K能够例如通过简单的方式测得，即振荡频率f_excT的频率值与相应地输入到表格存储器内的预定值为此被比较，并且因此读出相应的那个校正值X_K，i，即被分析电路2用于其它计算而使用，该校正值X_K，i与在下一个出现的预定值的当前的整体情况相关联。表格存储器可以是可编程固定值存储器、即FPGA(现场可编程序门阵列)、EPROM或者EEPROM。使用这种表格存储器首先有这样的优点，即：校正值X_K在测定当前振荡频率f_excT之后相对于运行时间非常快速地处于可使用状态。为此，表格存储器内输入的校正值X_K，i能够根据少量的校准测量预先非常精确地，例如基于方程(2)、(3)和/或(4)并且应用最小二乘法来测得。

由前面所述的实施例能够毫无疑问地认识到，起始测量值X′_x的校正一方面可以通过使用少量的非常简单就能被确定的校正系数来完成。另一方面校正通过使用振荡频率f_excT能够以极小运算复杂度来执行。本发明的另一个优点是：至少几个所述校正系数能够毫无问题地由例如在所描述的类型的在线测量装置的运行中通常直接测得的运行参数自身导出，并且进而能够实用地不必明显提高电路开销和测量技术开销地被生成。

Claims (30)

1.在线测量装置，特别是科里奥利质量流量测量装置/密度测量装置和/或粘度测量装置，用于测量在管路中被引导的介质的至少一个物理测量量x，特别是质量流量m、密度ρ和/或粘度η，所述在线测量装置包括振动式测量传感器(1)以及与所述测量传感器电联接的测量装置电子设备(2)，

-其中，所述测量传感器(1)包括：

--至少一个引导所述待测介质的基本直线式的测量管(10)，所述测量管(10)与所连接的所述管路连通，

--作用到所述测量管(10)的激励系统(40)，用于使得所述至少一个测量管(10)振动，所述激励系统(40)使得所述测量管(10)在运行中至少暂时和/或至少部分地围绕假想地相互连接所述测量管的输入端和所述测量管的输出端的扭转振荡轴而处于扭转振荡中，以及

--传感器系统(50)，用于检测所述至少一个测量管(10)的振动，所述传感器系统(50)给出至少一个代表所述测量管(10)的振荡的振荡测量信号(s₁、s₂)，

-其中，所述测量装置电子设备(2)

--至少暂时地给出驱动所述激励系统(40)的激励信号(i_exc)，并且

--借助所述至少一个振荡测量信号(s₁、s₂)和/或借助所述激励信号(i_exc)至少暂时地生成至少一个测量值(X_x)，所述至少一个测量值(X_x)表示所述介质的所述至少一个待测量的物理测量量，特别是所述质量流量m、所述密度ρ、或者所述粘度η，以及

-其中，所述测量装置电子设备(2)根据所述至少一个振荡测量信号(s₁、s₂)和/或根据所述激励信号(i_exc)反复地测定所述测量管(10)的所述扭转振荡的振荡频率f_excT，并且基于所述扭转振荡的振荡频率f_excT监视所述至少一个测量管的至少一个运行状态。

2.根据权利要求1所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT至少探测在所述测量管上形成的覆盖物的存在。

3.根据上述权利要求2所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT测定在所述测量管上形成的覆盖物的程度。

4.根据权利要求2或3所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT测定至少一个第一类状态值，所述第一类状态值至少把在所述测量管上形成的覆盖物的所述存在信号化。

5.根据上述权利要求4所述的在线测量装置，其中，由所述测量装置电子设备(2)测得的所述第一类状态值表示在所述测量管上形成的覆盖物的程度，特别是所述覆盖物的厚度或所述覆盖物的质量。

6.根据上述权利要求5所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)也参考所述介质的密度ρ来测定至少所述第一类状态值。

7.根据权利要求5或6所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)也参考所述介质的粘度η来测定所述第一类状态值。

8.根据上述权利要求之一所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT探测测量管的磨损。

9.根据上述权利要求8所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT测定在所述测量管上存在的磨损的程度。

10.根据权利要求8或9所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT测定至少一个第二类状态值，所述第二类状态值至少把所述测量管的磨损的存在信号化。

11.根据上述权利要求10所述的在线测量装置，其中，由所述测量装置电子设备(2)测得的所述第二类状态值表示在所述测量管上存在的所述磨损的程度，特别是所述测量管的所述管壁的当前壁厚相对于额定壁厚的减少程度。

12.根据上述权利要求之一所述的在线测量装置，其中，所述假想的扭转振荡轴被校准为基本平行于所述测量管(10)的惯性主轴。

13.根据上述权利要求12所述的在线测量装置，其中，所述假想的扭转振荡轴基本与所述测量管(10)的惯性主轴重合。

14.根据上述权利要求之一所述的在线测量装置，其中，所述激励系统(40)使得所述测量管(10)在运行中至少暂时地和/或至少部分地围绕侧向振荡轴而处于侧向振荡中，特别是弯曲振荡，所述侧向振荡轴假想地相互连接所述测量管的输入端和所述测量管的输出端。

15.根据上述权利要求14所述的在线测量装置，其中，所述假想的侧向振荡轴被校准为基本平行与所述扭转振荡轴。

16.根据上述权利要求15所述的在线测量装置，其中，所述假想的侧向振荡轴基本与所述扭转振荡轴重合。

17.根据上述权利要求14至16之一所述的在线测量装置，其中，所述激励系统(40)使得所述测量管(10)在运行中交替地处于扭转振荡中或者侧向振荡中。

18.根据上述权利要求14至17之一所述的在线测量装置，其中，所述激励系统(40)使得所述测量管(10)在运行中至少暂时地同时处于扭转振荡中和侧向振荡中，从而这些扭转振荡和这些侧向振荡相互叠加。

19.根据上述权利要求14至18之一所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)根据所述至少一个振荡测量信号(s₁、s₂)和/或根据所述激励信号(i_exc)反复地测定所述测量管(10)的所述侧向振荡的振荡频率f_excL。

20.根据上述权利要求19所述的在线测量装置，其中，所述至少一个测量值(X_x)是密度测量值，所述密度测量值表示所述介质的待测量的密度ρ，并且其中，所述测量装置电子设备(2)基于所测得的所述侧向振荡的所述振荡频率f_excL生成所述至少一个测量值(X_x)。

21.根据上述权利要求1至19之一所述的在线测量装置，其中所述至少一个测量值(X_x)是粘度测量值，所述粘度测量值表示所述介质的待测量的粘度η。

22.根据上述权利要求21所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测量管(10)的振荡的取决于介质的衰减，通过使用所述至少一个振荡测量信号(s₁、s₂)和/或所述激励信号(i_exc)，来测定所述至少一个测量值(X_x)。

23.根据上述权利要求之一所述的在线测量装置，其中，所述测量装置电子设备(2)基于所述测得的所述扭转振荡的所述振荡频率f_excT测定至少一个参考在所述测量管上形成的所述覆盖物的校准值，并且其中，所述测量装置电子设备(2)也通过使用所述至少一个校正值来生成所述至少一个测量值(X_x)。

24.用于监测管壁的运行状态的方法，所述管壁由至少暂时地流过的介质接触并且因此至少节段式地经受了改变，借助具有振动式测量传感器(1)的在线测量装置，特别是借助科里奥利质量流量测量装置，和与所述测量传感器(1)电联接的测量装置电子设备(2)，所述方法包括下述步骤：

-让所述介质流经所述测量传感器(1)的至少一个测量管(10)，所述测量管(10)与连接到所述测量传感器且引导所述介质的管路连通，以及把激励信号(i_exc)供给到与所述测量管(10)机械地联接的激励系统(40)，以便使得所述测量管(10)围绕假想地相互连接所述测量管的输入端和所述测量管的输出端的扭转振荡轴而处于扭转振荡中；

-检测所述测量管(10)的振动，以生成至少部分地表示了所述测量管(10)的扭转振荡的至少一个振荡测量信号(s₁、s₂)，以及使用所述至少一个振荡测量信号(s₁、s₂)和/或所述激励信号(i_exc)以测定所述测量管(10)的所述扭转振荡的振荡频率f_excT，以及

-基于所测得的所述扭转振荡的振荡频率f_excT生成代表所述管壁的运行状况的状态值。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述状态值至少把所述管壁的至少一段上的覆盖物的存在信号化。

26.根据上述权利要求25所述的方法，其中，所述状态值表示在所述管壁上至少节段式地形成的覆盖物的程度，特别是所述覆盖物的厚度或者所述覆盖物的质量。

27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述状态值至少把所述管壁的至少一段上的磨损的存在信号化。

28.根据上述权利要求27所述的方法，其中，所述状态值表示在管壁上至少节段式地存在的所述磨损的程度，特别是所述管壁的当前壁厚相对于额定壁厚的减少程度。

29.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述管壁的被监视的段至少部分地延伸经过所述测量管。

30.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述管壁的被监视的段至少部分地延伸经过在所述测量传感器上连接的所述管路。

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