CN101563587B

CN101563587B - 科里奥利质量流量计和用于补偿其输入电路的传输误差的方法

Info

Publication number: CN101563587B
Application number: CN2006800192467A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·拉拉; 马蒂亚斯·罗斯特
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2026-05-05
Also published as: RU2362126C1; EP1886099B1; DK1886099T3; WO2006128772A1; EP1886099A1; DE102005025354A1; CN101563587A

Abstract

本发明涉及一种科里奥利质量流量计和用于补偿其输入电路的传输误差的方法，利用它能够获得高测量精度，其中基于至少一个参考信号(R)检测至少具有两条输入支路(35，37)的输入电路的传输误差，该参考信号同时经过所有输入支路(35，37)。

Description

科里奥利质量流量计和用于补偿其输入电路的传输误差的方法

技术领域

本发明涉及一种科里奥利质量流量计和用于补偿其输入电路的传输误差的方法。

背景技术

科里奥利质量流量计在工业测量技术中用于测量一段管道中的介质的质量流量。

科里奥利质量流量计包括测量管，其在测量操作期间插入管道，使得介质流经其中。令测量管振荡。测量管的振荡受到流经的介质的影响。测量管和介质共同形成可振荡系统，其通常被激励至其谐振频率。得到的测量管的振荡运动通常由设置在测量管上的两个振荡传感器检测。振荡传感器的传感器信号被利用输入电路接收并处理。基于处理的传感器信号，确定质量流量。传感器信号的频率等于测量管的振荡频率。然而，这些信号彼此相移。相移是测量管中的介质的质量流量的量度。

EP-A 1 298 421记载了这种质量流量测量变送器，其中传感器信号被馈送至相关的输入电路输入支路，在那里它们被放大并数字化。经放大及数字化的传感器信号被馈送至数字信号处理器，其基于这些信号确定质量流量。质量流量的确定是根据已知方法进行的，其中例如两个传感器信号之间的相移或时移被计算并由此确定质量流量。

在这种情况中，输入支路中可能存在的放大器、模数转换器和无源滤波器通常产生不足以确定且漂移的相位旋转或偏移。当基于独立传感器信号的并行分析来确定质量流量时，由此得到的零点误差是特别关键的。尽管通过使用传感器信号的总和和/或差信号可以至少部分补偿这个零点误差，在并行分析的情况中，输入电路的输入支路的每一处不对称都将导致零点误差。

这种状况导致确定质量流量的测量精度通常只能通过麻烦的标定来得到提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种科里奥利质量流量计，其能够实现高测量精度。

另一个目的是提供一种用于补偿科里奥利质量流量计的输入电路的传输误差的方法，通过该方法可以获得高测量精度。

为此，本发明提供了一种科里奥利质量流量计，其包括：

-测量管，其在操作期间被激励振荡并且由介质流过，该介质的质量流量要被测量；

-第一和第二传感器，用于检测测量管依赖于质量流量的振荡并且用于产生第一和第二传感器信号；

-至少一个参考信号发生器，其在第一和第二信号上叠加同一参考信号；

-第一输入支路，用于处理由第一传感器信号和叠加的参考信号形成的第一辅助信号；

-第二输入支路，用于处理由第二传感器信号和叠加的参考信号形成的第二辅助信号；

-用于从处理的第一辅助信号滤波得出处理的第一传感器信号和处理的第一参考信号的装置；

-用于从处理的第二辅助信号滤波得出处理的第二传感器信号和处理的第二参考信号的装置；

-用于确定第一处理的参考信号和第二处理的参考信号之间的相位差或行程时间差的装置；

-用于基于第一和第二处理的参考信号之间的相位差或行程时间差校正第一和第二处理的传感器信号之间的相位差或行程时间差的装置；和

-用于基于经校正的处理的传感器信号确定质量流量的装置。

在一个实施例中，用于从处理的第一辅助信号中滤波得出处理的第一传感器信号和处理的第一参考信号的装置以及用于从处理的第二辅助信号中滤波得出处理的第二传感器信号和处理的第二参考信号的装置各自包括相同的两组各自至少两个滤波器，其中第一组用于从处理的第一辅助信号中滤波得出处理的第一传感器信号和处理的第一参考信号，且第二组用于从处理的第二辅助信号中滤波得出处理的第二传感器信号和处理的第二参考信号。

在一个实施例中，输入支路包括放大器和模数转换器，并且滤波器是数字滤波器。

在进一步发展中，参考信号发生器是电压发生器或数字参考信号发生器，并且每一参考信号是具有预定频率的振荡电压。

在另一发展中，传感器各自具有线圈，并且参考信号发生器与一个线圈的第一端子和另一线圈的第一端子相连。所说的一个线圈的第二端子与第一输入支路的输入端相连，并且另一线圈的第二端子与第二输入支路的输入端相连。

另外，本发明在于一种用于补偿在分离的输入支路中处理的科里奥利质量流量计传感器信号的相位差或行程时间差的方法，其中

-参考信号被并行叠加在所有传感器信号上；

-每一由叠加形成的辅助信号经过其自己的输入支路；

-从在输入支路中处理的辅助信号分别滤波得出与输入支路相关联的处理的传感器信号以及相关联的处理的参考信号；

-确定两个处理的参考信号之间的相位差或行程时间差；以及

-基于这个相位差或行程时间差，补偿两个传感器信号之间的相位差或行程时间差，这两个传感器信号在两个输入支路中被处理，两个参考信号也在这两个输入支路中被处理。

在方法的进一步发展中，在一段时间上检测两个处理的参考信号之间的相位差或行程时间差，并且为了补偿两个实际被处理的传感器信号之间的相位差或行程时间差，考虑在这段时间上检测的相关参考信号相位差或行程时间差。

在方法的进一步发展中，使用具有不同频率的两个或多个参考信号。对于每一参考信号，确定相关的处理的参考信号的相位差或行程时间差。确定处理的参考信号对之间取决于输入支路的相位差或行程时间差的频率依赖性，并且在补偿中，考虑传感器信号的频率以及取决于输入支路的相位差或行程时间差的频率依赖性。

在方法的进一步发展中，比较参考信号的幅度与相关的处理的参考信号的幅度，并且由此对于每一输入支路确定放大因子，在进一步加工处理的传感器信号时考虑该放大因子。

另外，本发明在于一种用于确定在分离的输入支路中处理的传感器信号之间取决于电路的相位差或行程时间差的方法或者科里奥利质量流量计的状态诊断的方法，其中

-参考信号被并行馈送至两条输入支路；

-确定在两条输入支路的输出端在处理的参考信号之间的相位差或行程时间差，并且由此得到对于传感器信号期望的由输入支路引起的相位差或行程时间差。

另外，本发明包括一种用于确定根据本发明的科里奥利质量流量计的传感器信号经过输入支路所需的行程时间的方法，其中参考信号发生器产生参考信号序列，其经过输入支路并且所需的行程时间得到测量。

本发明的优点在于，输入电路的传输性能被持久监控。由此，输入电路的复杂的标定及其在仪表中的实施和使用都变成多余的。

本发明进一步的优点在于，通过持久监控，当在输入电路中代替传输性能具有较小波动的昂贵部件而使用更为廉价但有可能在传输性能中具有明显更大的波动的元件时，也能够避免测量误差。

附图说明

现在根据展示了不同实施例的附图详细解释本发明及其进一步的优点；附图中相同的部件具有相同的附图标记。附图中：

图1是科里奥利质量流量计的测量变送器；

图2是本发明的科里奥利质量流量计的连接至传感器的输入电路；

图3是用于输入参考信号的第一电路，其中参考信号发生器连接至传感器的线圈；

图4是用于输入参考信号的第二电路，其中参考信号被经由差分放大器叠加在传感器信号上；

图5是连接至传感器的输入电路，其具有三个参考信号发生器；和

图6是取决于电路的行程时间差与频率的依赖关系。

具体实施方式

图1显示了科里奥利质量流量计的测量变送器1。测量变送器1在测量操作中设置在(未显示)的管道中，流量待测的介质(例如气体或液体)流经该管道。测量变送器1包括单独的直的测量管3，其在入口侧通过端板5固定至法兰7，并且在出口侧通过端板9固定至法兰11。法兰7、11和端板5、9固定在支承管13上或内。

本发明不限于具有单独的直的测量管3的这种特定测量变送器1。还可以结合其它已知的测量变送器使用。要提到的是：具有悬臂质量的测量管的测量变送器，例如在EP-A 97810559中记载的；具有弯曲测量管的测量变送器，诸如在EP-A 96 10 942中记载的；以及具有两条平行的直的或弯曲测量管的测量变送器，诸如在US-A 4,793,191或US-A 4,127,028中记载的。

在测量期间激励测量管3振荡。为了产生测量管振荡，在两个端板5、9中间在测量管3上设置振荡激励器15。

适用于振荡激励器15的例如是由永磁体17和线圈19构成的电磁激励器。线圈19固定至支承管13，永磁体17固定至测量管3。通过在线圈19中流动的电流，可以控制在绘图平面中分布的测量管3的弯曲振荡的幅度和频率。在这种情况中，振荡系统优选地被驱动为谐振。

在绘图平面中产生科里奥利力，这使得沿测量管3的所有点并不同相振荡。借助第一和第二传感器21、23检测测量管3的振荡。传感器21、23优选地关于振荡激励器15对称设置。适用于传感器21、23的例如是电磁换能器，其各自具有固定至支承管13的线圈25、27和设置在测量管3上的永磁体29、31。测量管3的运动引起永磁体29、31在线圈25、27中的运动，并因而在各线圈25、27中引起感生电压。感生电压可以由线圈25、27拾取并且用作由传感器21、23产生的第一和第二模拟传感器信号S1、S2。两个传感器信号S1、S2具有相同的频率f_s并且彼此相移。传感器信号S1、S2之间的相位差是质量流量的量度。频率f_s通常为几百赫兹的量级。

图2显示了本发明的科里奥利质量流量计的连接至传感器21、23的输入电路。输入电路包括参考信号发生器33，其将同一参考信号R叠加在第一和第二传感器信号S1、S2上。优选地，参考信号发生器33是电压发生器，其将电压叠加在传感器信号S1、S2上。这为所述的质量流量计提供了以下优点：避免了在合适条件下可能通过线圈25、27影响测量管振荡的电流流动。参考信号R优选地是具有预定频率f_R的振荡电压，该频率与传感器信号S1、S2的频率f_s显著不同。在例如传感器信号的频率f_s为800Hz的情况，参考信号R的频率f_R可以例如是300Hz。合适的参考信号发生器例如是压控振荡器(VCO)。参考信号R也可以由数字参考信号发生器34以数字形式例如以正弦形式生成，该数字参考信号发生器例如是当前已经存在的信号处理器39的组成部分。然后，正如在图2中由虚线指示的连接，数字参考信号R_d被利用数模转换器D/A以及可能的放大器A3转换为模拟参考信号R并被叠加在传感器信号S1、S2上。数字参考信号发生器提供了以下优点：非常精确地知道产生的数字参考信号R_d的相位。

通过将参考信号R叠加在第一和第二传感器信号S1、S2上，获得第一和第二辅助信号H1、H2。

第一辅助信号H1被馈送至第一输入支路35，其用于处理由第一传感器信号S1和叠加的参考信号R形成的第一辅助信号H1。类似地，第二辅助信号H2被馈送至第二输入支路37，其用于处理由第二传感器信号S2和叠加的参考信号R形成的第二辅助信号H2。

输入支路35、37用于信号处理。信号处理可以例如包括放大、滤波和/或数字化。输入支路可以以许多不同方式实现。在所示实施例中，仅显示了输入支路35、37通常存在的元件，作为例子。其它更为复杂的实施例形式同样可用于合适的场合。优选地，两条输入支路35、37等同地构成。所示的输入支路35、37各自包括放大器A1A2、滤波器F1、F2和模数转换器A/D₁、A/D₂。滤波器F1、F2例如是无源滤波器或防混叠滤波器。这种类型的部件产生不充分特定且漂移的相移或相位旋转。因而，甚至两条完全相同构造的输入支路35、37也表现出彼此不同的传递特性。相应地，因此，甚至在同时处理两个同样的信号时，在输入支路35、37的输出端在处理的信号之间存在相位差或行程时间差。这个取决于电路的相位差或行程时间差越大，输入支路彼此的差别越大。因为在传感器信号S1、S2之间实际存在的相位差或行程时间差是依赖于质量流量的测量变量并且借助于科里奥利质量流量计确定，所以这个取决于电路的相位差或行程时间差是不期望的。于是，每一取决于电路的相位差或行程时间差对于测量精度具有负面影响。在传统的科里奥利质量流量计的情况中努力将这个误差保持得尽量小，例如通过在输入支路中仅使用带宽极高的部件。作为例子，在传感器信号S1、S2的频率f_s为800Hz的情况中，使用带宽为100MHz量级的部件。本发明避免了这种测量精确性。于是，可以使用具有显著较低带宽的部件。根据本发明，输入支路35、37的带宽优选大于参考信号R的频率f_R且大于传感器信号S1、S2的频率f_s。在参考信号R的频率f_R为300Hz且传感器信号S1、S2的频率f_s为800Hz的情况中，例如1MHz量级的带宽就足够了。

根据本发明，参考信号R叠加在传感器信号S1，S2上，并且通过这个叠加形成的辅助信号H1，H2各自经过一条输入支路35、37。在第一输入支路35之后是用于从处理的第一辅助信号H1滤波得出处理的第一传感器信号S1′和处理的第一参考信号R1的装置。在第二输入支路37之后是用于从处理的第二辅助信号H2滤波得出处理的第二传感器信号S2′和处理的第二参考信号R2的装置。

在所示实施例中，这些装置包括两组同样的滤波器，分别是两个滤波器FS1和FR1、FS2和FR2，其中第一组用于从处于第一输入支路35输出端的处理的第一辅助信号H1′滤波得到处理的第一传感器信号S1′和处理的第一参考信号R1′，其中第二组用于从处于第二输入支路37输出端的处理的第二辅助信号H2′滤波得到处理的第二传感器信号S2′和处理的第二参考信号R2′。由于处理的辅助信号H1′和H2′以数字形式存在，所以滤波器FS1和FR1，FS2和FR2是数字滤波器。然而，两个装置也可以具有复杂很多的结构。可以例如使用混频器和其它部件实现各个处理的传感器信号S1′，S2′与处理的参考信号R1′，R2′的分离。

提供装置39，其用于确定第一处理的参考信号R1′和第二处理的参考信号R2′之间的相位差或行程时间差。在所示实施例中，这个任务由数字信号处理器39承担，在其输入端有滤波器FS1、FR1、FS2和FR2的输出信号。滤波器FS1、FR1、FS2和FR2在这里表示为自足的部件，以便于更好的理解。现代信号处理器具有较高的功能性并且可以用于多种任务。特殊地，它们非常适用于承担滤波器FS1、FR1、FS2和FR2的功能。相应地，滤波器FS1、FR1、FS2和FR2可以集成在信号处理器39中。这在图2中以点划线表示。

相位差Δ(R1′，R2′)是通过比较第一和第二处理的参考信号R1′，R2′而直接给出的，并且可以利用已知方法以多种方式获得，这些方法例如有零点比较、相关形成等等。相关的行程时间差Δt(R1′，R2′)等于相位差Δ

(R1′，R2′)与参考信号R的频率f_R之商。

Δt(R1′，R2′)＝Δ

(R1′，R2′)/f_R

由于两个处理的参考信号R1′，R2′源自同一参考信号R，所以处理的参考信号R1′，R2′的行程时间差Δt(R1′，R2′)是纯取决于电路的行程时间差并且相位差Δ

(R1′，R2′)是纯取决于电路的相位差。在这种情况中，检测从叠加点直至输出端的整个输入电路的传递特性。

取决于电路的行程时间差几乎依赖于频率。相应地，在处理的传感器信号S1′、S2′之间存在行程时间差Δt(S1′，S2′)，其几乎等于取决于电路的行程时间差与传感器信号S1、S2之间实际存在的依赖于质量流量的行程时间差Δt(S1，S2)之和。

根据本发明，提供装置39，用于校正第一和第二处理的传感器信号S1′、S2′之间的相位差或行程时间差Δ(S1′，S2′)、Δt(S1′，S2′)。校正基于先前得到的在第一和第二处理的参考信号R1′、R2′之间的相位差或行程时间差Δ

(R1′，R2′)、Δt(R1′，R2′)进行。在所示实施例中，装置39包括数字信号处理器。在那里基于第一和第二处理的参考信号R1′、R2′之间的相位差Δ

(R1′，R2′)或行程时间差Δt(R1′，R2′)，进行处理的传感器信号S1′、S2′的校正。

优选地，传感器信号S1’和S2’不是被单独校正，而是直接进行期望测量变量(即，相位差或行程时间差)的校正。在这种情况中，处理的传感器信号S1’、S2’的相位差或行程时间差Δ

(S1′，S2′)、Δt(S1′，S2′)被例如以与处理的参考信号R1’、R2’的相位差或行程时间差Δ

(R1′，R2′)、Δt(R1′，R2′)相同的方式确定。这种确定优选地同样在数字信号处理器39中进行。

处理的传感器信号S1’、S2’的行程时间差Δt(S1′，S2′)的校正优选地根据以下公式进行：

Δt(S1′，S2′)_kor＝Δt(S1′，S2′)-Δt(R1′，R2′)

其中

Δt(S1′，S2′)_kor是处理的传感器信号S1′、S2′之间校正的行程时间差；

Δt(S1′，S2′)是处理的信号S1′、S2′之间测量的行程时间差；和

Δt(R1′，R2′)是处理的参考信号R1’、R2’之间取决于电路的行程时间差。

处理的传感器信号S1’、S2’的相位差Δ

(S1′，S2′)的校正优选地根据以下公式进行：

Δ

(S1′，S2′)_kor＝Δ

(S1′，S2′)-Δt(R1′，R2′)2πf_s

其中

Δ

(S1′，S2′)_kor是处理的传感器信号S1’、S2’之间的校正的相位差；

Δ

(S1′，S2′)是处理的信号S1’、S2’之间的测量的相位差；

Δt(R1′，R2′)是处理的参考信号R1’、R2’之间取决于电路的行程时间差；和

f_s是传感器信号S1、S2的频率。

另外，科里奥利质量流量计包括用于基于校正的处理的传感器信号S1’、S2’，特别是基于校正的相位差或行程时间差Δ(S1′，S2′)_kor、Δt(S1′，S2′)_kor确定质量流量的装置39。

这些装置39也以所示实施例中的数字信号处理器的形式实现。质量流量的确定可以以许多已知方式进行。于是，所以已知的确定方式都可以使用，将传感器信号的相位差或行程时间差用作特征测量变量。质量流量的确定可以例如基于传感器信号的行程时间差与质量流量的比例而进行。比例常数以及可能的例如对于液体温度或密度的相关依赖性通常是设备特定的，并且可以以标定数据的形式存储在设备中并且在确定期间通过合适的算法得到考虑。

参考信号R的叠加可以以许多不同方式进行。图3和4给出了两个实施例，显示了它们如何与图1的线圈25、27的传感器21、23连接使用。

在图3所示的实施例中，参考信号发生器33是压控振荡器，其与线圈25的第一端子41和线圈27的第一端子43相连。线圈25的第二端子45与第一输入支路35的输入端相连，线圈27的第二端子47与第二输入支路37的输入端相连。同样，这里可以使用已经结合图2描述的数字参考信号发生器34。这在图3中以虚线表示，其中，数字参考信号发生器34通过数模转换器D/A以及根据需要通过放大器A3连接线圈25的第一端子41和线圈27的第一端子43。

这些电路的优点在于，感生电压以及参考信号R的电压叠加，而参考信号R不会导致电流流经线圈25、27，因为这可能影响测量管3的振荡特性。

在图4所示的实施例的情况中，叠加是通过与输入支路35、37相关的加法或差分放大器49、51实现的。在这种情况中，加法或差分放大器49、51可以连接在输入支路3 5、37前面，或者它们可以是输入支路35、37的一部分，放置在图2所示的放大器A1、A2的位置。这里，与图3所示实施例的情况完全相同，可应用模拟参考信号发生器3 3和数字参考信号发生器34。参考信号发生器33与参考电位，例如大地或电路零点相连。参考信号R位于第一输入支路35与加法或差分放大器49相关的第一输入端53以及第二输入支路37与加法或差分放大器51相关的第一输入端55上。线圈25、27也通过它们的第一端子41、43处于参考电位。线圈25的第二端子45与第一输入支路35与加法或差分放大器49相关的第二输入端57相连，并且线圈27的第二端子47与第二输入支路37的与加法或差分放大器51相关的第二输入端59相连。

利用所述的科里奥利质量流量计，如上所述，执行本发明的方法，以补偿由分离的输入支路处理的测量仪表信号的取决于电路的相位差或行程时间差。根据本发明的方法，参考信号被并行叠加在至少两个信号上，并且每一通过叠加形成的辅助信号经过其自己的输入支路。从输入支路中处理的辅助信号滤波得到与输入支路相关的处理的信号以及相关联的处理的参考信号。确定在两个处理的参考信号之间存在的相位差或行程时间差。然后，根据本发明，基于这个相位差或行程时间差补偿在两个信号之间的相位差或行程时间差，这两个信号在两条输入支路中被处理，而两个参考信号也在这两条输入支路中被处理。

这个方法不限于科里奥利流量测量。只要期望补偿由在分离的输入支路中处理的测量仪表信号的取决于电路的相位差或行程时间差，就可以应用该方法。当信号的相位差或行程时间差是测量变量或者对于确定测量变量重要时，这种补偿就是有优点的。

方法可应用于任何数目的信号和输入支路。作为例子，考虑具有三个、四个或更多传感器以及相应数目输入支路的科里奥利质量流量计。于是，可以根据本发明的方法，对于每两个信号的信号对和相关联的两条输入支路进行补偿。

取决于电路的相位差或行程时间差通常依赖于温度以及输入支路分离元件的状态，并且因此仅缓慢变化。于是，本发明的方法的精确度可以通过以下方式额外改进：在一段时间检测在两个处理的参考信号之间存在的取决于电路的相位差或行程时间差；并且为了补偿两个实际处理的信号之间的相位差或行程时间差，考虑在一段时间上检测的相关联的处理的参考信号的相位差或行程时间差。可以基于估计值或者例如基于温度测量结果而得到检测相位差或行程时间差的时间的长度。在这种情况中，优选地测量在输入支路35、37区域中的温度。为此，在图2所示实施例中，提供温度传感器60，其测量结果被馈送至信号处理器39。如果测量的温度近似恒定，那么选择更长的时间段；然而，如果温度正在改变，则相应缩短时间段的长度。为此，下面基于上述科里奥利质量流量计介绍两个例子。

在第一变型中，在一定时间段中检测在两个处理的参考信号R1’、R2’之间存在的取决于电路的相位差或行程时间差Δt(R1′，R2′)、Δ

(R1′，R2′)，并且从在时间段内按时间顺序逐个排列的相位差或行程时间差Δt(R1′，R2′)、Δ(R1′，R2′)的值形成平均值ΔT₁(R1′，R2′)、ΔΦ₁(R1′，R2′)。然后，如上所述确定处理的传感器信号S1’、S2’的校正的相位差或行程时间差，其中，在相关的处理的参考信号R1’、R2’的相位差和行程时间差Δt(R1′，R2′)、Δ(R1′，R2′)的位置，使用它们的平均值ΔT₁(R1′，R2′)、ΔΦ₁(R1′，R2′)。

在第二变型中，通过记录较长时间间隔中的处理的参考信号R1’、R2’，在一定时间段中检测在两个处理的参考信号R1’、R2’之间存在的取决于电路的相位差或行程时间差Δt(R1′，R2′)、Δ

(R1′，R2′)；并且通过以上面解释的方式得到相位差或行程时间差，确定对于相位差或行程时间差的长期值ΔT₂(R1′，R2′)、ΔΦ₂(R1′，R2′)，然而，其中，考虑了在整个时间间隔内记录的处理的参考信号R1’、R2’的信号序列。然后，如上所述确定处理的传感器信号S1’、S2’的校正的相位差或行程时间差，其中，在相关的处理的参考信号R1’、R2’的相位差和行程时间差Δt(R1′，R2′)、Δ

(R1′，R2′)的位置，使用相应的长期值ΔT₂(R1′，R2′)、ΔΦ₂(R1′，R2′)。

本方法的精确度的进一步改进可以通过考虑输入支路传递特性的频率依赖性而实现。现在通过例子，基于上述科里奥利质量流量计详细解释这个改进的方法。图5显示了相应电路的例子。

使用具有不同频率f_Rx、f_Ry、f_Rz的两个或多个频率信号Rx、Ry、Rz。参考信号Rx、Ry、Rz可以被例如通过图2所示参考信号发生器33的相应触发而顺序馈送。或者，如图5所示，它们可以由相应数目的参考信号发生器33x、33 y、33z同时提供并且叠加在传感器信号S1、S2上。与上述实施例的情况相同，这里可以使用数字参考信号发生器34，其数字参考信号R_d被数模转换器D/A以及可能的放大器A3转换为模拟参考信号Rx、Ry、Rz。这里在图5中以虚线显示了这个变型。在这种情况中，一个或多个数字参考信号发生器34集成在信号处理器39中。通过叠加，形成两个辅助信号H1、H2，其经过它们相关的输入支路35、37。随后，对于每一参考信号Rx、Ry、Rz，确定相关的处理的参考信号Rx1和Rx2、Ry1和Ry2以及Rz1和Rz2的相位差或行程时间差Δt(Rx1，Rx2)、Δ

(Rx1，Rx2)、Δt(Ry1，Ry2)、Δ(Ry1，Ry2)和Δt(Rz1，Rz2)、Δ(Rz1，Rz2)。

为此，再次提供用于将处理的辅助信号H1′、H2′分离到分离元件中的装置。例如，在各个输入支路35、37的输出端，有分别用于处理的传感器信号S1’、S2’的滤波器FS1、FS2，以及对于各个处理的参考信号Rx1或Rx2、Ry1或Ry2、Rz1或Rz2的滤波器FRx1或FRx2、FRy1或FRy2、FRz1或FRz2。相关的处理的参考信号Rx1和Rx2、Ry1和Ry2、Rz1和Rz2的相位差或行程时间差Δt(Rx1，Rx2)、Δ

(Rx1，Rx2)、Δt(Ry1，Ry2)、Δ

(Ry1，Ry2)和Δt(Rz1，Rz2)、Δ

(Rz1，Rz2)的确定与已经描述的确定相位差或行程时间差Δt(R1′，R2′)、Δ

(R1′，R2′)的方式相同。

基于相关联的处理的参考信号对Rx1和Rx2、Ry1和Ry2、Rz1和Rz2的确定的相位差或行程时间差Δt(Rx1，Rx2)、Δ

(Rx1，Rx2)、Δt(Ry1，Ry2)、Δ

(Ry1，Ry2)和Δt(Rz1，Rz2)、Δ

(Rz1，Rz2)，确定取决于输入支路35、37的相位差或行程时间差的频率依赖关系Δt(f)、Δ

(f)。图6显示了取决于输入支路35、37的行程时间差Δt(f)，其作为频率的函数，其中基于分离的参考信号Rx、Ry、Rz确定的行程时间差Δt(Rx1，Rx2)、Δt(Ry1，Ry2)和Δt(Rz1，Rz2)被输入作为测量点。曲线在低频区域具有近似恒定的分布，并且在高频降低。取决于输入支路35、37的行程时间差的频率依赖关系Δt(f)可以例如通过在测量点拟合多项式而确定。基于这种多项式，可以确定对于在测量点的频率f_Rx、f_Ry、f_Rz周围的任何频率，特别是对于传感器信号S1、S2的频率f_s，期望的行程时间差Δt(f)。

如果仅使用两个不同参考信号，例如Rx和Ry，那么例如通过内插确定取决于输入支路35、37的行程时间差的频率的依赖关系Δt(f)。优选地，在这种情况中，这样选择频率f_Rx、f_Ry，使得一个大于传感器信号S1、S2的频率f_s，另一个小于该频率f_s。同样以这种方式，可以对于在测量点的频率f_Rx、f_Ry周围的任何频率，特别是对于传感器信号S1、S2的频率f_s，确定期望的行程时间差Δt(f)。

在上述步骤之后，补偿处理的信号S1’、S2’的相位差或行程时间差Δt(S1′，S2′)、Δ

(S1′，S2′)，其中考虑传感器信号S1、S2的频率f_s以及取决于输入支路的行程时间差对于频率的依赖关系Δt(f)。

为此，例如根据以下公式确定处理的传感器信号S1’、S2’的校正的行程时间差Δt(S1′，S2′)_kor：

Δt(S1′，S2′)_kor＝Δt(S1′，S2′)-Δt(f_s)

其中：

Δt(S1′，S2′)_kor是处理的传感器信号S1’、S2’之间的校正的行程时间差；

Δt(S1′，S2′)是处理的传感器信号S1’、S2’之间的测量的行程时间差；

Δt(f_s)是在传感器信号频率为f_s时基于参考信号Rx、Ry、Rz或Rx、Ry确定的取决于电路且依赖于频率的行程时间差Δt(f)；和

f_s是传感器信号S1、S2的频率。

类似地，根据以下公式确定处理的传感器信号的校正的相位差Δ

(S1′，S2′)：

Δ

(S1′，S2′)_kor＝Δ

(S1′，S2′)-Δ(f_s)

其中：

Δ

(S1′，S2′)是处理的传感器信号S1’、S2’之间的校正的相位差；

Δ

(S1′，S2′)是处理的传感器信号S1’、S2’之间的测量的相位差；

f_s是传感器信号S1、S2的频率。

以完全类似的方式，可以确定取决于输入支路35、37的相位差的频率依赖关系Δ

(f)，类似地，基于它可以补偿处理的传感器信号S1’、S2’的相位差或行程时间差Δt(S1′，S2′)、Δ

(S1′，S2′)，在这种情况中，考虑传感器信号S1、S2的频率f_s以及取决于输入支路35、37的相位差的频率依赖关系Δ

(f)。

优选地，参考信号用于检测输入支路35、37在相位和行程时间上以及在幅度上的传递特性。当利用测量仪表附加得到液体的粘度时，有关输入电路关于幅度的传递特性的知识特别具有优点。在已知的用于确定粘度的方法中，幅度被作为测量变量输入。

如果仅有一个参考信号R用于检测相关于幅度的传递特性，那么例如参考信号R的幅度A_R与相关联的处理的参考信号R1、R2的幅度A_R1、A_R2比较，并且由此对于每一输入支路35、37确定放大因子V1、V2，其在进一步加工处理的传感器信号S1’、S2’时得到考虑。在这种情况中，通常足以观察分离的信号的最大幅度。优选地在数字信号处理器39中通过确定最大幅度并由此计算放大因子V1、V2，而确定放大因子V1、V2。于是，得到：

V1：＝A_R1/A_R

V2：＝A_R2/A_R

其中：

V1是第一输入支路35的放大因子；

V2是第二输入支路37的放大因子；

A_R1是处理的参考信号R1在第一输入支路35中的幅度；

A_R2是处理的参考信号R2在第二输入支路37中的幅度；

A_R是参考信号R的幅度。

然后，例如通过将各个处理的传感器信号S1’、S2’乘以它们相关联的放大因子V1、V2的倒数，校正处理的传感器信号S1’、S2’的幅度AS1’、AS2’。

与对于相位和行程时间的以上实施方式类似，在这种情况中，可以基于不同频率的两个或多个参考信号确定放大因子V1、V2的频率依赖关系，并且它可以在校正中得到适当考虑。

如果至少一个输入支路35、37具有放大器A1、A2，放大器具有可控的放大因子，那么其放大因子可以被对应于确定的放大因子V1、V2而控制，使得两条输入支路35、37都实现相同的放大。

在上述本发明实施例的情况中，总是使用辅助信号H1、H2，其是通过将参考信号R、Rx、Ry、Rz叠加在传感器信号S1、S2上形成的。然而，也可以在没有传感器信号的情况下，确定在分离的输入支路中处理的科里奥利质量流量计的传感器信号的取决于电路的相位差或行程时间差。

这例如可以利用图2或图5中示出的电路实现，其中将传感器21、23解耦。当测量变送器1还没有连接至后续电路或者当没有激励振荡时，是这样的情况。或者，可以插入开关，从而传感器可以切换。

在这种方法中，至少一个参考信号被并行馈送至两个输入支路35、37，并且确定在处理的参考信号R1、R2之间在两个输入支路35、37的输出端产生的相位差或行程时间差。由此，正如以上基于前面的实施例所述，得到对于传感器信号所期望的且由输入支路引起的相位差或行程时间差。

刚刚提到的方法可以用于独立于测量变送器1测试质量流量计的整个输入电路的存在及功能以及用于生成状态诊断和/或故障报告。

在科里奥利流量测量技术中，包括测量管3的振荡系统优选地被激励为以其谐振频率振荡。为此，通常提供控制回路，传感器23、25经由它与振荡激励器15相连。例如如图2所示，这通过将处理的传感器信号S1’馈送至数模转换器D/A₂实现。数模转换器D/A₂的输出电压被利用压流转换器U/I转换为电流I，该电流被作为激励电流I_err而经由可控放大器A4馈送至振荡激励器15。流经振荡激励器15的线圈19的激励电流I_err使得振荡系统振荡，这通过传感器21、23和输入支路35、37获得。为了实现谐振，需要相位校正反馈。这通过在传感器信号S1、S2的接收与它们到振荡激励器15的反馈之间相应调谐延迟时间而获得。延迟时间优选地在数字信号处理器39中通过延迟转发而实现。优选地，延迟时间是基于行程时间确定的，这是信号从数字信号处理器39出发经过数模转换器D/A₂、振荡激励器15、传感器21、23、输入支路35、37再回到数字信号处理器39流过整个控制回路所需要的。

在这种情况中，传感器信号S1、S2为了经历输入支路35、37所需要的行程时间T通常表现为初始未知且可变的量。这个行程时间T可以基于参考信号而非常精确地确定。现在基于图2中给出的实施例详细解释。为此，优选地利用图2中显示的数字参考信号发生器34产生短的参考信号序列RS。参考信号序列RS被利用数字信号处理器39馈送至数模转换器D/A。在这种情况中，检测在数字信号处理器39中发出参考信号序列的时间点。这可以例如通过以“发出”开始时间测量而实现。参考信号序列RS经过输入支路35、37并反回数字信号处理器39。信号序列RS返回的时间点在数字信号处理器39中被检测，并且终止时间测量。基于在信号序列RS的发出和返回之间的时间差，确定期望的行程时间T并且可以对于各输入支路35、37分离地确定。

附图标记列表

1 测量变送器

3 测量管

5 端板

7 法兰

9 端板

11 法兰

13 支承管

15 振荡激励器

17 永磁体

19 线圈

21 传感器

23 传感器

25 线圈

27 线圈

29 永磁体

31 永磁体

33 参考信号发生器

35 输入支路

37 输入支路

39 数字信号处理器

41 第一端子

43 第一端子

45 第二端子

47 第二端子

49 差分放大器

51 差分放大器

53 第一输入端

55 第一输入端

57 第二输入端

59 第二输入端

Claims

1.科里奥利质量流量计，包括：

-测量管(3)，其在操作期间被激励振荡并且由流体流过，该流体的质量流量要被测量；

-第一和第二传感器(21，23)，用于检测测量管(3)依赖于质量流量的振荡并且用于产生第一和第二传感器信号(S1，S2)；

-至少一个参考信号发生器(33，33x，33y，33z，34)，其在第一和第二传感器信号(S1，S2)上叠加同一参考信号(R，Rx，Ry，Rz)；

-第一输入支路(35)，用于处理由第一传感器信号(S1)和叠加的参考信号(R，Rx，Ry，Rz)形成的第一辅助信号(H1)；

-第二输入支路(35)，用于处理由第二传感器信号(S2)和叠加的参考信号(R，Rx，Ry，Rz)形成的第二辅助信号(H2)；

-用于从处理的第一辅助信号(H1’)滤波得出处理的第一传感器信号(S1’)和处理的第一参考信号(R1’，Rx1，Ry1，Rz1)的装置；

-用于从处理的第二辅助信号(H2’)滤波得出处理的第二传感器信号(S2’)和处理的第二参考信号(R2’，Rx2，Ry2，Rz2)的装置；

-用于确定处理的第一参考信号(R1’，Rx1，Ry1，Rz1)和处理的第二参考信号(R2’，Rx2，Ry2，Rz2)之间的相位差或行程时间差((R1′，R2′)，Δt(R1′，R2′)；

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))的装置(39)；-用于基于处理的第一和第二参考信号(R1’，Rx1，Ry1，Rz1，R2’，Rx2，Ry2，Rz2)之间的相位差或行程时间差((R1′，R2′)，Δt(R1′，R2′)；

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；

(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；

(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))校正第一和第二处理的传感器信号(S1’，S2’)之间的相位差或行程时间差(

(S1′，S2′)，Δt(S1′，S2′))的装置(39)；和

-用于基于经校正的处理的传感器信号确定质量流量的装置(39)。

2.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其中用于从处理的第一辅助信号(H1’)中滤波得出处理的第一传感器信号(S1’)和处理的第一参考信号(R1’，Rx1，Ry1，Rz1)的装置以及用于从处理的第二辅助信号(H2’)中滤波得出处理的第二传感器信号(S2’)和处理的第二参考信号(R2’，Rx2，Ry2，Rz2)的装置各自包括相同的两组各自至少两个滤波器(FS1，FR1，FRx1，FRy1，FRz1；FS2，FR2，FRx2，FRy2，FRz2)，其中第一组(FS1，FR1，FRx1，FRy1，FRz1)用于从处理的第一辅助信号(H1’)中滤波得出处理的第一传感器信号(S1’)和处理的第一参考信号(R1’，Rx1，Ry1，Rz1)，且第二组(FS2，FR2，FRx2，FRy2，FRz2)用于从处理的第二辅助信号(H2’)中滤波得出处理的第二传感器信号(S2’)和处理的第二参考信号(R2’，Rx2，Ry2，Rz2)。

3.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其中输入支路(35，37)包括放大器(A1，A2)和模数转换器(A/D1，A/D2)，并且滤波器(FS1，FR1，FRx1，FRy1，FRz1，FS2，FR2，FRx2，FRy2，FRz2)是数字滤波器。

4.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其中参考信号发生器(33，33x，33y，33z)是电压发生器或数字参考信号发生器(34)，并且每一参考信号(R，Rx，Ry，Rz)是具有预定频率(fR，fRx，fRy，fRz)的振荡电压。

5.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其中

-第一传感器(21)具有第一线圈(25)，第二传感器(23)具有第二线圈(27)，

-参考信号发生器(33，34)与第一线圈(25)的第一端子(41)和第二线圈(27)的第一端子(43)相连，

-第一线圈(25)的第二端子(45)与第一输入支路(35)的输入端相连，并且第二线圈(27)的第二端子(47)与第二输入支路(37)的输入端相连。

6.用于补偿在分离的输入支路(35，37)中处理的科里奥利质量流量计传感器信号(S1，S2)的相位差或行程时间差(

(S1′，S2′)，Δt(S1′，S2′))的方法，其中

-参考信号(R，Rx，Ry，Rz)被并行叠加在所有传感器信号(S1，S2)上；

-每一由叠加形成的辅助信号(H1，H2)经过其自己的输入支路(35，37)；

-从在输入支路(35，37)中的处理的辅助信号(H1’，H2’)滤波得出与输入支路(35，37)相关联的处理的传感器信号(S1’，S2’)以及相关联的处理的参考信号(R1′，R2′；Rx1，Rx2；Ry1，Ry2；Rz1，Rz2)；

-确定两个处理的参考信号(R1′，R2′；Rx1，Rx2；Ry1，Ry2；Rz1，Rz2)之间的相位差或行程时间差(

(R1′，R2′)，Δt(R1′，R2′)；

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；

(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))；以及

-基于这个相位差或行程时间差(

(R1′，R2′)，Δt(R1′，R2′)；

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；

(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；

(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))，补偿两个传感器信号(S1’，S2’)之间的相位差或行程时间差(

(S1′，S2′)，Δt(S1′，S2′))，这两个传感器信号在两个输入支路(35，37)中被处理，两个参考信号(R1′，R2′；Rx1，Rx2；Ry1，Ry2；Rz1，Rz2)也在这两个输入支路中被处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在一段时间上检测两个处理的参考信号(R1′，R2′；Rx1，Rx2；Ry1，Ry2；Rz1，Rz2)之间的相位差或行程时间差((R1′，R2′)，Δt(R1′，R2′)；

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))，并且为了补偿两个实际被处理的传感器信号(S1’，S2’)之间的相位差或行程时间差(

(S1′，S2′)，Δt(S1′，S2′))，考虑在这段时间上检测的相关参考信号(R1′，R2′；Rx1，Rx2；Ry1，Ry2；Rz1，Rz2)的相位差或行程时间差(

(R1′，R2′)，Δt(R1′，R2′)；

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；

(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；

(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))。

8.根据权利要求7所述的方法，其中

-使用具有不同频率的两个或多个参考信号(Rx，Ry，Rz)，

-对于每一参考信号(Rx，Ry，Rz)，确定相关的处理的参考信号(Rx1，Rx2，Ry1，Ry2，Rz1，Rz2)的相位差或行程时间差((Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；

(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；

(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))，

-确定处理的参考信号对(Rx1，Rx2；Ry1，Ry2；Rz1，Rz2)之间取决于输入支路(35，37)的相位差或行程时间差(

(Rx1，Rx2)，Δt(Rx1，Rx2)；(Ry1，Ry2)，Δt(Ry1，Ry2)；

(Rz1，Rz2)，Δt(Rz1，Rz2))的频率依赖关系((f)，Δt(f))，并且

-在补偿中，考虑传感器信号(S1，S2)的频率(f_s)以及取决于输入支路(35，37)的相位差或行程时间差的频率依赖关系(

(f)，Δt(f))。

9.根据权利要求6所述的方法，其中比较参考信号(R)的幅度(A_R)与相关的处理的参考信号(R1，R2)的幅度(A_R1，A_R2)，并且由此对于每一输入支路(35，37)确定放大因子(V1，V2)，在进一步加工处理的传感器信号(S1’，S2’)时考虑该放大因子。

10.用于确定在分离的输入支路(35，37)中处理的传感器信号(S1，S2)之间取决于电路的相位差或行程时间差或者用于测量仪表的状态诊断的方法，其中

-参考信号(R)被并行馈送至两条输入支路(35，37)；

-确定在两条输入支路(35，37)的输出端在处理的参考信号(R1，R2)之间的相位差或行程时间差((R1，R2)，Δt(R1，R2))，并且由此得到对于传感器信号(S1，S2)期望的由输入支路(35，37)引起的相位差或行程时间差。

11.用于确定根据权利要求1的科里奥利质量流量计的传感器信号(S1，S2)经过输入支路(35，37)所需的行程时间(T)的方法，其中参考信号发生器(34)产生参考信号序列(RS)，该参考信号序列经过输入支路(35，37)并且所需的行程时间得到测量。