CN102422131A - 用于检测科里奥利流量测量装置中的堵塞的方法 - Google Patents

用于检测科里奥利流量测量装置中的堵塞的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测具有至少两个测量管(A，B)的科里奥利流量测量装置(2)的测量管(A；B)的堵塞的方法。为此，通过至少一个激振器(8)激振所述至少两个测量管(A，B)以执行机械振荡，通过至少一个传感器(14，16)记录测量管(A，B)的机械振荡并产生至少一个表示所述机械振动的测量信号。针对一个测量管(A；B)的谐振频率相对于该至少一个另一测量管(B；A)的谐振频率的偏差的出现，对至少一个所产生的测量信号进行分析。在此偏差出现的情形中，确定测量管(A；B)的堵塞。

Description

用于检测科里奥利流量测量装置中的堵塞的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测科里奥利流量测量装置的测量管的堵塞的方法，其中该科里奥利流量测量装置能够应用在管线中，并且以这样的方式体现，即通过该科里奥利流量测量装置，能够确定在管线中流动的流体的物理测量变量，特别是质量流量、粘度和/或密度，并且其中科里奥利流量测量装置具有至少两个测量管，在管线中流动的流体能够分配到所述至少两个测量管中。
背景技术
根据科里奥利原理，当在系统中，旋转质量运动和至少部分地垂直于旋转轴延伸的直线质量运动叠加时，那么就会有被称为科里奥利力的附加力作用于该移动的质量。该效应在科里奥利流量测量装置中以已知的方式使用，例如用于确定在管线中流动的流体的质量流量。一般来说，科里奥利流量测量装置具有一个或多个测量管，其中取决于装置的类型，这些测量管能够以各种构造体现。该至少一个测量管的系统形成振荡系统，取决于测量管构造，该振荡系统具有相应的固有振荡模式，诸如弯曲振荡(基谐模式以及高阶的模式)、扭转振荡(基谐模式以及高阶的模式)等。
科里奥利流量测量装置适合以这样的方式在介质所流过的管线中使用，即流体流过该至少一个测量管。为确定流体的质量流量，通过至少一个激振器对该至少一个测量管进行激振以执行振荡。该至少一个激振器例如能够由机电式激振器，特别是电动激振器形成，该激振器在测量管上施加与所应用电压相对应的力。一般说来，以振荡系统的谐振频率激振该振荡系统(例如，弯曲振荡的基谐模式)。如果流体未流过该至少一个测量管，那么整个测量管同相地振荡。如果流体流过该至少一个测量管，那么科里奥利力作用于该移动的质量(流体)上。这导致如下事实：由于科里奥利力，测量管另外变形，并且沿测量管的伸长方向出现相移。沿测量管的相移能够通过相应的传感器检测，所述传感器能够由机电式，特别是电动式传感器形成，其沿测量管的伸长方向彼此隔开的布置。能够经由传感器记录的相移与通过测量管的质量流量成比例。
另外或可替代地，除了质量流量之外，流动流体的密度也能够通过科里奥利流量测量装置确定。在此情形中，所利用的原理是谐振频率(例如，弯曲振荡的基谐模式)取决于振荡质量，并利用该原理，确定流动流体的密度。通过以这样的方式重新调节激振频率，即以振荡系统的谐振频率激振该振荡系统，能够确定谐振频率，并由此确定流动流体的密度。另外或可替代地，流动流体的其它物理测量变量，诸如粘度也能够通过科里奥利流量测量装置确定。
经常地，使用具有两个测量管的科里奥利流量测量装置，所述两个测量管平行地插入流动路径中，使得在管线中流动的流体被分配到两个管中。一般说来，在使用中，两个测量管相对于彼此以相反的相位激振。这样，实现该具有两个测量管的振荡系统与外部振动影响的去耦。另外，科里奥利流量测量装置也能够具有两个以上的例如平行插入具体流路中的测量管。在工业应用中，特别是使用高粘度或不均匀流体的应用中，能够出现的是在此科里奥利流量测量装置的情形中，测量管中的(至少)一个被堵塞。由于通过仍保持畅通的至少一个测量管仍能实现流动，所以此堵塞难以检测。然而特别是对于卫生的要求，期望尽可能可靠而又早地检测科里奥利流量测量装置中的测量管的堵塞。
在US7421350B2中，描述了一种流量测量装置，通过该流量测量装置，可对保持在测量管配置中的材料进行检测。为此，通常在将流量测量装置排空之后，对测量管配置进行激振以执行振荡，并记录该振荡的响应。如果振荡的响应超过极限值，那么确定在测量管配置中仍含有剩余材料。根据US7421350B2中描述的变形，确定对于该流量测量装置的标准谐振频率，该标准谐振频率与测量管配置的完全排空状态相对应。如果在将测量管配置排空之后，所确定的谐振频率与标准谐振频率偏离超过预定值，那么确定在该测量管配置中存在剩余材料。一般说来，上文说明的用于确定测量管配置是否完全排空的步骤首先在将流量测量装置排空之后执行。因此，堵塞的快速检测是不可能的。特别地，在流体正流过测量管配置的情形中，谐振频率的偏移不是堵塞出现的可靠指示。例如，此谐振频率的偏移也能够由于流体密度的改变而导致。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种科里奥利流量测量装置以及一种方法，通过该科里奥利流量测量装置和该方法，可尽可能可靠而又早地检测具有至少两个测量管的此科里奥利流量测量装置中的测量管的堵塞。
该目的通过如权利要求1中限定的用于检测科里奥利流量测量装置的测量管的堵塞的方法以及通过如权利要求15中限定的科里奥利流量测量装置来实现。本发明的另外的有利改进在从属权利要求中提出。
本发明涉及一种用于检测科里奥利流量测量装置的测量管的堵塞的方法，其中该科里奥利流量测量装置能够应用在管线中，并以这样的方式体现，即通过该科里奥利流量测量装置，能够确定在管线中流动的流体(例如液体、气体)的物理测量变量，特别是质量流量、粘度和/或密度。在此情形中，科里奥利流量测量装置包括：至少两个测量管，在管线中流动的流体能够分配到所述至少两个测量管中。该方法包括如下步骤：
A)通过至少一个激振器激振所述至少两个测量管以执行机械振荡：
B)通过至少一个传感器来记录测量管的机械振荡，并产生至少一个表示机械振动的测量信号；
C)针对一个测量管的谐振频率相对于该至少一个另一测量管的谐振频率的偏差的出现，对至少一个所产生的测量信号进行分析；以及
D)在出现此偏差时确定测量管的堵塞。
因为该方法也能够在流体正在流过科里奥利流量测量装置的运行状态下实施，所以本发明能够实现科里奥利流量测量装置的测量管的堵塞的快速检测。本发明的方法基于如下设想：在测量管出现堵塞时，对于重量分布，并因此还对于个体测量管的振荡行为在所述至少两个测量管之间存在非对称性。然后，经由测量管的振荡行为，又能够推断堵塞的存在。
在此情形中，在试验中，已确定在测量管出现堵塞的大部分情形中，关于重量分布的此非对称性也同时存在。例如，此非对称性在如下情形中出现：
-一个测量管充满与该至少一个另一测量管不同的流体。该情形特别是在堵塞的测量管仍充满先前应用的流体时出现。
-在堵塞的测量管中含有未传输出去的气泡，而该至少一个剩余测量管完全充满液体。
-导致测量管的堵塞的材料与相关流体具有不同的密度。
-在将科里奥利流量测量装置排空之后，堵塞的测量管仍充满材料，而另一测量管完全排空。
因此，通过本发明的方法，在很多应用中，能够可靠地检测测量管的堵塞。
测量管的具体构造对本发明而言不是关键的。在每种情形中，测量管能够特别是沿直线、沿曲线/弧延伸或以其它方式弯曲。优选，测量管在每种情形中彼此对称地体现，并因此具有(在同样填充的情形中)相同的振荡行为，因而也具有相同的谐振频率。如果不是这种情形，那么必须针对一个测量管的谐振频率相比于该至少一个另一测量管的谐振频率的偏移或差的增加对步骤C中的测量信号进行分析。另外，优选设置的是科里奥利流量测量装置恰好具有两个测量管。该流体优选是液体，取决于应用，该流体能够具有不同的粘度，并且在指定情形中，还能够夹带固体和/或气体夹杂物。
如果在记录的步骤(步骤B)期间，(例如，通过多个传感器)提供多个测量信号，那么在步骤C中，能对这些测量信号中的一个或多个进行分析。优选，用于分析(步骤C)和用于确定(步骤D)的步骤在科里奥利流量测量装置中，特别是通过科里奥利流量测量装置的相应体现的电子器件(模拟和/或数字)执行。可替代地，这些步骤还能够完全或部分地通过外部数据处理单元来执行，相应的测量信号或信息(例如，经由网络系统)传输到该外部数据处理单元。如果在步骤D中，确定了测量管的堵塞，那么能够将其呈现给科里奥利流量测量装置和/或外部数据处理单元处的使用者(听觉和/或视觉)，或者能够发出相应的警报。
在另一有利改进中，所述至少两个测量管彼此机械联接，并形成振荡系统。此机械联接导致如下事实：在每种情形中，一个测量管的振荡行为还受到该至少一个另一测量管的振荡行为影响。特别地机械联接能通过至少两个测量管的至少一个机械连接形成，特别地所述至少一个机械连接能够设置在测量管的输入侧和输出侧处。一般来说，已知科里奥利流量测量装置的测量管彼此机械联接。
在又一有利改进中，在激振的步骤中，所述至少两个测量管一起被激振。这使测量管的激振能够通过一个或多个共用激振器产生。特别优选设置的是两个测量管在相反的方向上通过其相对间隙的变化进行激振。此激振例如能够通过布置在两个测量管之间的激振器的长度的变化来产生。在另一有利改进中，在记录的步骤中，记录测量管之间，特别是两个测量管之间的间隙的相对变化。以相应的方式，该间隙变化例如能够经由布置在两个测量管之间的传感器的长度的变化来记录。
在另一有利改进中，在激振的步骤中，将所述至少两个测量管的激振频率控制在包括所述至少两个测量管的振荡系统的谐振频率处。特别地，将激振频率控制到振荡系统的弯曲振荡的基谐模式的谐振频率。
在又一有利改进中，在分析的步骤中，确定谐振频率的偏差的出现，使得在所分析的测量信号的频谱中，各自在不同的频率处出现至少两个显著峰值，其中所分析的测量信号表示具有至少两个测量管的振荡系统的机械振荡。因此，通过分析测量信号的频谱能够简单而可靠地检测测量管的堵塞。
前述又一改进基于如下事实：当由于测量管的堵塞，而导致个体测量管的重量分布存在非对称性(并因此，两个测量管在每种情形中具有不同的谐振频率)时，具有至少两个测量管的振动系统具有至少两个谐振频率(对于相关振荡模式)。例如，在测量管完全充满第一介质(在指定的振荡模式中)的情形中，由两个彼此对称布置的测量管形成的振荡系统具有第一谐振频率，而在测量管完全充满具有不同密度的第二介质的情形中，该振荡系统具有第二谐振频率。如果此时，在该振荡系统中，一个测量管充满第一介质，而第二测量管充满第二介质，那么该振荡系统(在相关振荡模式中)具有两个谐振频率，其中一个谐振频率位于该第一谐振频率附近，而另一谐振频率位于第二谐振频率附近。其中，这能够通过上文说明的针对至少两个显著峰值的测量信号的频谱的分析来确定。
在此情形中，术语“峰值”意指频谱中的(在指定情形中，局部)最大值，在该频谱中，绘制了振荡响应行为，诸如振荡幅度与频率的关系曲线。术语“两个显著峰值”在此情形中意指峰值能够明显区分。例如，这能被定义为使得峰值必须具有预定的最小频率间隔和/或曲线必须在两个峰值之间降至预定值或以预定比率下降。在此情形中，取决于应用，特别是取决于要测量的流体，这些标准能够不同。根据又一有利改进，在分析的步骤中，仅在峰值出现处的频率的频差超过预定极限值的情形中才确定谐振频率出现偏差。
在另一有利改进中，频谱通过改变至少一个激振器的激振频率以及通过借助至少一个传感器记录振荡系统的关联振荡响应行为来提供。优选，在此情形中，激振频率经过与频谱的评估相关的频率范围。这样，对于该相关频率范围能够记录振荡系统的振荡响应行为。在又一可选的有利改进中，频谱通过所分析的测量信号的傅立叶分析来提供，其中在记录测量信号的情形中，激振将在该相关频率范围上延伸的频带用于激振频率。在某种程度上，此利用多个频率的同时激振也称为“白噪声”，并且特别涉及均匀分布在相关频率范围上的激振。
在又一有利改进中，在分析的步骤中，通过观察当以包括至少两个测量管的振荡系统的谐振频率激振所述至少两个测量管时，科里奥利流量测量装置的传递函数相对于未堵塞状态中的传递函数出现变化来检测谐振频率的偏差。在此情形中，传递函数使激振输入变量与表示(振荡系统的)机械振荡的测量信号相关联。在此情形中，激振输入变量是专门用于激振(经由至少一个激振器)的变量，诸如提供或应用到激振器的激振电压或激振能。表示(振荡系统的)机械振荡的测量信号描述了振动行为，并且例如能够由通过至少一个传感器提供的传感器电压形成。
因此通过传递函数，对于不同的激振输入变量，能够获得或计算表示(振荡系统的)机械振荡的相应测量信号。此外传递函数能以相应的方式在相反的方向上应用。特别地，传递函数描述振荡系统的响应行为，其中各自的、装置特有参数，诸如至少一个激振器和至少一个传感器的性质、振荡系统的易曲性(或刚性)等考虑在内。其中，将振荡系统的谐振频率输入传递函数。如上文说明的，当由于堵塞而在测量管中出现重量分布的非对称性时，振荡系统具有两个(或，如必要，在两个以上测量管的情形中，更多个)谐振频率。这些谐振频率与当未堵塞时(例如，当所有测量管完全排空或充满同一流体时)的振荡系统的谐振频率不同。由于在堵塞情形中的该变化的振荡行为，科里奥利流量测量装置的传递函数出现变化。因而基于传递函数的变化，能够确定测量管的堵塞。优选，在此情形中，如上文在该又一改进中指出的，激振频率以这样的方式选择，即它对应于振荡系统的谐振频率。
在另一有利改进中，在分析的步骤中，谐振频率的偏差通过如下事实确定：当以包括至少两个测量管的振荡系统的谐振频率激振所述至少两个测量管时，如根据所记录的测量管的机械振荡确定的振荡系统的易曲性出现减小。在此情形中，易曲性的确定通过参考科里奥利流量测量装置的传递函数而产生，该函数适用于未堵塞状态的谐振条件。通常在本领域中公知并在此处表示为k1的易曲性实际上不由于测量管的堵塞而改变。相反地，如上文说明的，在堵塞状态中，由于关于重量分布的非对称性，堵塞的测量管与该至少一个剩余测量管具有不同的谐振频率。由此，导致振荡系统的变化的振荡行为。通过对于未堵塞状态在谐振条件下正确的传递函数不再正确地描述该变化的振荡行为。
如果利用振荡系统的谐振频率中的一个激振处于堵塞状态的振荡系统，则与该(至少)一个剩余测量管的谐振频率相比，该激振频率更接近该(至少)一个测量管的谐振频率。这导致如下事实：(至少)一个测量管表现相对好的振荡响应行为，而该(至少)一个另一测量管表现相对差的振荡响应行为。此时取决于将激振频率设定到振荡系统的哪个谐振频率，无论堵塞还是至少一个未堵塞，测量管均表现相对好的振荡响应行为。因此，该振荡系统比未堵塞状态具有更差的振荡响应行为。
其中诸如随后参照附图说明的，(在未堵塞状态)易曲性k1能够根据当利用振荡系统的谐振频率激振该振荡系统时，所记录的振荡系统的振荡响应行为来确定。在此情形中，也将科里奥利流量测量装置的传递函数输入该计算中。此时，如果在易曲性的计算中，将对于未堵塞状态在谐振条件下正确并由此不正确地描述堵塞状态的振荡系统的传递函数考虑在内，那么在具有堵塞测量管的状态的情形中，这导致如下事实：由此导致振荡系统的减小的易曲性(相对于未堵塞状态)。
在又一有利改进中，在分析的步骤中，根据如下事实来确定谐振频率的偏差：在以具有至少两个测量管的振荡系统的谐振频率激振所述至少两个测量管的情形中，根据所记录的、测量管的机械振荡确定的振荡系统的刚性出现增加。在此情形中，刚性的确定通过参考在谐振条件下对未堵塞状态适用的科里奥利流量测量装置的传递函数来产生。术语刚性的意义在本领域中是公知的。以相应的方式，诸如上文关于易曲性说明的，刚性实际上不由于测量管的堵塞而改变。相反地，同样如上文说明的，当测量管堵塞时，振荡系统具有比未堵塞状态更差的振荡响应行为，从而当确定按照上文指定的需求的刚性时，得到增加的刚性值。在此情形中，上文关于确定易曲性作出的说明以相应的方式适用。
在另一有利改进中，在分析的步骤中，仅当所确定的、减小的易曲性与所确定的未堵塞状态下的易曲性的差和/或所确定的未堵塞状态下的刚性与所确定的、增加的刚性的差超过预定极限值时，才确定谐振频率的偏差。这样，不将也可能由于其它原因导致的所确定的易曲性和/或刚性的小变化考虑在内。在此情形中，该极限值也能够根据各自应用，例如由使用者固定。
在又一有利改进中，在分析的步骤中，当控制在振荡系统的谐振频率处的激振频率的频率波动增加时，特别是当这些频率波动超过预定极限值时，不确定谐振频率的偏差。如果根据上文说明的另一改进确定易曲性和/或刚性，那么在该确定的情形中，易曲性的减小或刚性的增加也能够由于气体夹杂物，诸如夹带在各自、流动流体中并流过测量管的气泡而导致。然而，在该情形中，振荡系统的谐振频率也由于流体性质的短期变化而改变。因此，当根据上文说明的另一改进中的一个的确定显示减小的易曲性和/或增加的刚性时，检测振荡系统的谐振频率的频率波动能够将通过夹带的气体夹杂物导致减小的易曲性和/或增加的刚性的情形排除在外。优选，对于谐振频率的频率波动存储有一极限值，取决于应用，该极限值也能改变。例如，频率波动F能够基于如下方程(0)来计算，其中N是该计算引用的值(例如，各种测量)的数量，而fi在每种情形中是针对个体测量i的谐振频率。
( 0 ) - - - F = 1 N Σ i = 1 N | f i - f i - 1 |
在另一有利改进中，在分析的步骤中，当在预定时段内易曲性的减小和/或刚性的增加缓慢地，特别是在预定极限值之下，发生时，不确定谐振频率的偏差。这样，能够将在每种情形中导致易曲性和/或刚性的此缓慢或连续变化的至少一个测量管的管子或导管、壁的增加涂层或对测量管内壁的磨损作用的出现排除在外。影响易曲性和/或刚性的确定的另一因素是温度。在此情形中，如在很多科里奥利流量测量装置的情形中已经通常的那样，同时记录温度。因此，优选设置的是还对所确定的易曲性和/或所确定的刚性执行相应的温度补偿。
另外本发明涉及一种科里奥利流量测量装置，该科里奥利流量测量装置可插入管线中并以这样的方式体现，即通过该科里奥利流量测量装置，可确定在管线中流动的流体的物理测量变量，特别是质量流量、粘度和/或密度。该科里奥利流量测量装置包括：至少两个测量管，在管线中流动的流体可分配到所述至少两个测量管中；至少一个激振器，所述至少两个测量管可通过该至少一个激振器激振以执行机械振荡；以及至少一个传感器，通过该至少一个传感器，可记录测量管的机械振荡并且能够产生表示所述机械振荡的至少一个测量信号。在此情形中，科里奥利流量测量装置的电子器件以这样的方式体现，即它针对一个测量管的谐振频率相对于该至少一个另一测量管的谐振频率的偏差的出现对至少一个产生的测量信号进行分析，并且在此偏差出现的情形中指示测量管的堵塞，该至少一个所产生的测量信号通过该电子器件进行处理。
上文关于本发明的方法说明的优点通过本发明的科里奥利流量测量装置以相应的方式实现。在本发明的科里奥利流量测量装置的情形中，上文关于本发明的方法说明的相同的进一步改进可以相应的方式实施。
附图说明
基于下文参照附图给出的实施例的示例的描述，本发明的其它优点和效用将变得显而易见，这些附图显示如下：
图1作为示例以侧视图示出了具有两个测量管的科里奥利流量测量装置，其中外壳被部分移除；
图2以透视图示出了图1的科里奥利流量测量装置，其中外壳被部分移除；
图3是具有两个测量管的振荡系统的模型表示；
图4是在科里奥利流量测量装置的两个测量管充满空气的情形中，根据一测量的分析测量信号的频谱的曲线图；
图5是在科里奥利流量测量装置的两个测量管充满水的情形中，根据一测量的分析测量信号的频谱的曲线图；
图6是在科里奥利流量测量装置的一个测量管充满空气而另一测量管充满水的情形中，根据一测量的分析测量信号的频谱的图；
图7是在科里奥利流量测量装置的一个测量管充满水而另一测量管充满番茄酱的情形中，根据一测量的分析测量信号的频谱的曲线图；以及
图8是对于利用科里奥利流量测量装置的两个测量管的各种填充执行的不同测量的阻尼与易曲性的曲线图。
具体实施方式
例如，图1和图2显示了适合应用于本发明的科里奥利流量测量装置2。该科里奥利流量测量装置2包括两个可振荡保持的测量管A和B，所述两个测量管A和B弯曲并且彼此平行延伸。在此情形中，该科里奥利流量测量装置2以这样的方式安装在管线(未示出)中，即在该管线中流动的流体流过两个测量管A和B。为此，该科里奥利流量测量装置2在输入侧包括分流器4，通过该分流器4，流体被分配到两个测量管A和B。在输出侧以相应的方式，设置分流器6，通过该分流器6，从两个测量管A和B排出的流体被引导回到一起并导向科里奥利流量测量装置2的出口。
激振器8在两个测量管A与B之间延伸，在一实施例的本示例中，该激振器8由电动激振器8形成。在一实施例的本示例中，该激振器8布置在两个测量管A和B中的每一个的弧的反转点处。激振器8以这样的方式体现，即通过施加激振电压，激振器的长度改变。通过向激振器8施加相应的、周期性的激振电压，两个测量管A和B能被周期性地推开和/或拉到一起，使得它们执行弯曲振荡。在此情形中，两个测量管A和B相对于彼此以相反的相位被激振并且每个测量管绕科里奥利流量测量装置2的纵轴执行摇摆运动。另外，两个测量管A和B在输入和输出侧通过相应的联接元件10、12彼此机械联接。
在每种情形中，在两个测量管A和B的进口侧和出口侧截面上，两个传感器14、16在两个测量管A与B之间延伸，经由两个传感器14、16的长度变化，两个测量管A和B的机械振荡是可记录的。在一实施例的本示例中，两个传感器14、16记录每种情形中两个测量管A、B之间的间隙变化，即它们的联合振幅。例如，传感器14、16由电动传感器形成。对于质量流量的测量，其中两个传感器14、16能记录测量管A、B沿两个测量管A、B的伸长方向的振荡的相移，并由此能够计算质量流量。
激振器8的通过施加相应激振电压的激振以及由传感器14、16提供的测量信号的评估通过相应体现的电子器件18而出现，在图1和图2中，该电子器件18仅通过方框示意性显示。特别地，电子器件18以这样的方式体现，通过该电子器件18，具有两个测量管A、B的振荡系统20的激振可以这样的方式控制，即该振荡系统以弯曲振荡的基谐模式的谐振频率进行激振。例如，激振频率的此控制能够基于传感器14、16的至少一个测量信号的评估而出现。特别地，此控制能够以这样的方式出现，即传感器14、16中的至少一个的(周期性)激振与(周期性)测量信号之间的相移(即受迫振荡的相位)等于90°。另外，该电子器件以这样的方式体现，通过该电子器件，振荡系统20的激振可以这样的方式控制，即振荡系统20以恒定的、联合振幅振荡。这意味着激振以这样的方式控制，即在所执行的振荡的情形中实现的两个测量管A、B之间的最大距离是恒定的(与激振频率无关)。因此，如上文参照传递函数说明的，激振输入变量，诸如施加到激振器8的最大激振电压必须基于传感器14、16中的至少一个的至少一个测量信号，特别是基于传感器电压进行控制。另外或可替代地，对于上文说明的控制，电子器件18还能够以这样的方式体现，即通过该电子器件18，振荡系统20的可选振荡行为是可调节的。此外例如，在恒定激振输入变量的情形中，能够对测量信号，特别是振荡幅度的变化进行分析。
由于两个测量管A、B的对称构造，在两个测量管A、B在每种情形中同等地充满或排空(由此，存在对称的重量分布)的情形下，两个测量管A、B在每种情形中具有相同的(相关振荡模式的)谐振频率。如果两个测量管A、B以上文说明的方式进行激振以执行振荡，那么它们相对于彼此以相等的振幅、相反的相位振荡。因此，在相关振荡模式中，具有两个测量管的振荡系统仅具有一个谐振频率。在具有上文参照图1和图2说明的构造的两个测量管的科里奥利流量测量装置的类型的情形中，在两个测量管完全充满水的试验中，确定具有两个测量管的振荡系统的谐振频率为651.56Hz(赫兹)。在两个测量管完全充满空气的情形中，在一试验中，确定谐振频率为871.73Hz。由此，其中明显的是在每种情形中，谐振频率与测量管中的具体流体的密度相关。
具有两个测量管A和B的振荡系统能够通过图3中显示的模式示出。在此情形中，mA和mB分别是测量管A和B的质量，kA和kB分别是测量管A和B的弹簧常数，而xA和xB分别是测量管A和B的偏移。弹簧常数kC描述了两个测量管A与B之间的机械联接。如果将上文提出的对完全充满水或充满空气而通过试验确定的谐振频率输入此模式中，那么通过计算能够确定，在一个测量管充满水而一个测量管充满空气的情形中，该振荡系统具有两个不同的谐振频率。在此情形中，所计算出的谐振频率中的当前值为639.75Hz的一个更接近适用于完全充满水的谐振频率。所计算出的谐振频率中的当前值为857.72Hz的一个更接近完全充满空气的谐振频率。这些结果可通过试验证明。根据试验，将考虑的是在将激振频率控制到振荡系统的谐振频率的情形中，取决于所应用的控制算法以及取决于激振频率的起始值，科里奥利流量测量装置的电子器件控制到两个谐振频率中的一个。
此外，根据计算可知在一个测量管充满水而一个测量管充满空气的情形中，在谐振频率为857.72Hz的情形中，该一个测量管与该另一测量管的振幅比等于-0.0435。由此，明显的是在距离纯充满水的情形中的振荡系统的谐振频率(651.56Hz)更远的谐振频率(857.72Hz)的情形中，充满水的测量管以比充满空气的测量管明显更小的振幅振荡。该振幅比的负号指示两个测量管相对于彼此以相反的相位振荡。在一个测量管充满水而一个测量管充满空气的情形中，在639.75Hz的谐振频率下，一个测量管与另一测量管的振幅比等于+12.84。由此，明显的是在距离纯充满空气的情形中的振荡系统的谐振频率(871.73Hz)更远的谐振频率(639.75Hz)的情形中，充满空气的测量管以比充满水的测量管明显更小的振幅振荡。
如根据模型计算明显的以及诸如根据试验证明的，在一个测量管堵塞(以致达到两个测量管之间出现非对称的重量分布的程度)时，具有两个测量管的振荡系统具有两个谐振频率(在相关振荡模式中)。如果该振荡系统具有两个以上的测量管，那么振荡系统的谐振频率的数量也能够以相应的方式出现。
如上文说明的，多个谐振频率的出现能够根据如下事实确定：在每种情形中，在不同频率处的至少两个显著峰值出现在(例如，传感器14、16中的一个的)分析测量信号的频谱中。这通过如下试验证明。为此，与上文说明的激振频率对振荡系统的谐振频率的控制相比，该振荡系统以这样的方式激振，即激振频率具有在相关频率范围上均匀延伸的频带。在此情形中，“相关频率范围”至少包括频谱中的峰值的频率，并且这取决于流体和填充物的具体密度，以及具体的科里奥利流量测量装置。此频率分布也称为“白噪声”。在所执行的试验中，科里奥利流量测量装置同样具有两个相对于彼此对称布置的测量管。
如上文参照图1和图2说明的，具有两个测量管的振荡系统的振荡经由相应的传感器记录，其中在每种情形中，通过单个传感器记录两个测量管的振荡的联合振幅(即，它们的间隙变化)。在试验中，对于测量管的不同填充物，将由传感器提供的并且表示两个测量管的机械振荡的测量信号中的一个在频谱分析仪中进行评估。在此情形中获得的频谱在图4到图7中显示并且在下文中进行说明。在此情形中，在图4到图7中，在每种情形中，绘制了振荡的幅度与振荡的频率(单位：Hz)的关系曲线。
图4显示了在两个测量管充满空气的情形中的测量的频谱。图5显示了在两个测量管充满水的情形中的测量的频谱。在两个频谱的情形中，明显的是在每种情形中，仅出现一个显著峰值。在图4的测量的情形中，该峰值位于871.73Hz的频率处(空气)，而在图5的测量的情形中该峰值位于651.56Hz处(水)。
在另外的测量中，一个测量管充满空气而一个测量管充满水并通过频谱分析仪对在此情形中获得的测量信号进行评估。在此情形中，得到图6中所示的频谱。如基于图6明显的，该频谱具有两个显著峰值。在此情形中，如上文基于模型计算所说明的，如预期的，峰值中的一个相对接近适用于两个测量管充满水的谐振频率，而另一峰值相对接近适用于两个测量管充满空气的谐振频率。
在另外的测量中，一个测量管充满水而一个测量管充满番茄酱并通过频谱分析仪对在此情形中获得的测量信号进行评估。在此情形中，得到图7中所示的频谱。同样地，该频谱具有两个显著峰值，其中峰值出现处的频率的频率差明显小于图6中示出的测量的情形。这能通过如下事实进行说明：番茄酱与水之间的密度差不如空气与水之间那样大，因而两个测量管的谐振频率的差别不如充满空气和水的情形中那样强烈。
此外，在此情形中，在频谱中出现两个或多个峰值的频率分析和确定能够通过科里奥利流量测量装置的相适应的电子器件来执行。在此情形中，诸如在上文的说明书的概要部分中说明的，具有为本领域技术人员所熟悉的不同的用于获得所分析的测量信号的频谱的方法。特别地，代替上文说明的经由宽频范围激振的实践，激振频率也能够移动或改变，并在每种情形中，记录振荡系统的振荡响应行为。
如上文说明的，测量管的堵塞(以致达到存在非对称的重量分布的程度)还能够通过观察科里奥利流量测量装置的传递函数相对于未堵塞状态中的传递函数的变化来确定。如上文说明的，在此情形中，该传递函数提供科里奥利流量测量装置的激振输入变量与表示(振荡系统的)机械振荡的测量信号之间的关系。例如，传递函数给出激振电压与激振电流之间、激振电流与激振力之间、激振力与传感器的偏移幅度之间、传感器的偏移幅度与传感器的偏移变化(或振荡)的速度之间、传感器的偏移变化的速度与传感器电压之间以及传感器电压与在装置内部处理之后来自传感器电子器件的电压实际输出之间的具体关系，其中这些从激振直到测量信号的获得的变量在科里奥利流量测量装置中以指定顺序处理。取决于装置，特别是描述上文提出的关系的个体因素，传递函数能够不同，能够彼此偏离。
如上文说明的，其中将振荡系统的易曲性(或可替代地，刚性)以及振荡系统的谐振频率输入传递函数中。特别地将这两个变量输入因素a中，该因素a描述由至少一个激振器施加的激振力和传感器的偏移幅度的变化。
如本领域技术人员公知的，通过参考描述振荡系统的微分方程，并通过参考适用于未堵塞状态下的科里奥利流量测量装置的传递函数，对于系统位于谐振的情形，易曲性k1能够基于如下方程(1)确定：
( 1 ) - - - k 1 = 1 e D QD
在方程(1)中，eD是激振器效率。在此情形中，激振器效率eD形成传递函数的一部分并给出激振力FD与激振电流ID之间的比率。因此，激振器效率eD是装置特有变量，取决于激振器的类型，该变量能够具有不同的值。至少一个激振器的激振电流ID和激振力FD在上文关于传递函数进行了说明。该比率在下面的方程(2)中给出：
( 2 ) - - - e D = F D I D
在方程(1)中，D是阻尼。在此情形中，阻尼D由激振电流ID与传感器XS的偏移幅度的比率形成。此外传感器的偏移幅度XS在上文关于传递函数进行了说明。用于计算阻尼D的关系在下面的方程(3)中给出：
( 3 ) - - - D = I D X S
方程(1)中的Q是品质因数。该品质因数描述在振荡系统的激振之后，该振荡系统的振荡的衰减行为。根据试验，品质因数Q能够基于如下方程(4)进行计算，其中，为此，首先(利用谐振频率)激振该振荡系统，然后中断激振，记录振荡的衰减行为。
( 4 ) - - - Q = ω 0 ( t 2 - t 1 ) 2 ln ( Y 1 Y 2 )
在中断激振之后，该振荡系统进一步以随着时间增加而下降的振荡幅度振荡。如本领域中所公知的，在此情形中，振荡的包络曲线描述振荡幅度的衰减行为。为确定品质因素Q，例如通过相应的测量来记录包络曲线，振荡幅度的衰减行为通过该包络曲线描述。在此情形中，时间t1和t2是在时间上彼此相继的两个点，而在此情形中，Y1和Y2是在每种情形中与这些时间点相关联的振荡的幅度(例如，其从包络曲线获得)。项ω0是振荡系统的谐振频率。
因此，根据具有至少两个测量管的振荡系统的振荡行为，易曲性k1能够基于方程(1)-(4)来确定。
利用具有两个测量管并基本具有上文参照图1和图2说明的构造的科里奥利流量测量装置，在两个测量管充满不同流体或材料的情形中，执行不同的测量，并由此，在每种情形中，易曲性k1和阻尼D以上文描述的方式确定。在此情形中获得的结果在图8中显示，其中绘制阻尼D(单位：A/m：安培/米)与易曲性k1(单位：m/N：米/牛顿)的关系图。
在图8中，实心菱形是用于在两个测量管充满空气的情形中的测量。紧旁边的三个空心三角形显示在每种情形中在两个测量管充满水的情形中的测量。空心菱形是在两个测量管充满番茄酱的情形中的测量。基于这些测量，明显的是在不同测量中确定的易曲性k1基本相同，与具体流体的不同密度和粘性无关。该结果正如所料，因为易曲性k1是装置特有变量，其与测量管的填充无关。
椭圆内的所有测量是用于在两个测量管不同填充并由此在两个测量管之间存在非对称的重量分布的情形中的测量。特别地，由x指示的两个测量是用于在一个测量管充满水而一个测量管充满空气的情形中的测量。由圆指示的测量是用于在橡胶塞处在一个测量管中，而另一测量管是空的的情形中的测量。由加号指示的七个测量是用于在一个测量管充满水而一个测量管充满番茄酱的情形中的测量。由减号指示的两个测量是用于在一个测量管充满甘油而一个测量管充满水的情形中的测量。
基于椭圆内的所有测量，明显的是相对于测量管的对称填充，非对称填充显示减小的易曲性，并且一般说来，还显示了较高的阻尼。在一些情形中，易曲性减小到初始值的一半。易曲性减小得越大，两种流体或材料之间的密度差越大，即两个测量管之间的重量分布的差越大。因此，通过试验证明在以振荡系统的谐振频率激振至少两个测量管的情形中，当振荡系统的所确定的易曲性k1出现减小时，能够确定堵塞(以致达到测量管之间的非对称重量分布的程度)的出现。
在图8中，实心三角形形式的两个测量是用于在水正流过两个测量管并且在水中夹带着气泡的情形中的测量。基于这些测量，明显的是气体夹杂物的夹带同样能够导致所确定的易曲性k1的减小。如上文说明的，在此情形中，控制到振荡系统的谐振频率的激振频率的频率波动也增加。因此通过确定这些频率波动，能够排除该情形。
本发明不限于参照附图说明的实施例的示例。特别地，如上文说明的，不同的测量管构造(特别是不同形式的测量管，而且不只仅两个测量管)是可能的。此外激振测量管以执行振荡以及记录测量管的振荡能够以不同的方式出现。例如，测量管也能够单独激振并经由相应的传感器单独记录它们的振幅。此外所使用的传感器和激振器的类型和数量能够与所描述的传感器和所描述的激振器相偏离。如果科里奥利流量测量装置具有两个以上的测量管，那么也能够以相应的方式检测两个(或多个)测量管的堵塞。为了使表述清晰，不每次对这些进行明确陈述。

Claims (15)

1.一种用于检测科里奥利流量测量装置(2)的测量管(A；B)的堵塞的方法，
其中所述科里奥利流量测量装置(2)可插入管线中并以这样的方式体现，即通过所述科里奥利流量测量装置，可确定在所述管线中流动的流体的物理测量变量，特别是质量流量、粘度和/或密度，
其中所述科里奥利流量测量装置(2)具有至少两个测量管(A，B)，在所述管线中流动的流体可分配到所述至少两个测量管中，并且
其中所述方法包括如下步骤：
A)通过至少一个激振器(8)激振所述至少两个测量管以执行机械振荡；
B)通过至少一个传感器(14，16)来记录所述测量管(A，B)的机械振荡并产生至少一个表示所述机械振动的测量信号；
C)针对一个测量管(A；B)的谐振频率相对于所述至少一个另一测量管(B；A)的谐振频率的偏差的出现，对至少一个所产生的测量信号进行分析；以及
D)在出现此偏差的情形中确定测量管(A；B)的堵塞。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述至少两个测量管(A，B)彼此机械联接并形成振荡系统(20)。
3.如权利要求1或2中所述的方法，其特征在于，在所述激振的步骤中，所述至少两个测量管(A，B)一起激振，特别地两个测量管(A，B)在相反的方向上通过其相对间隙的变化进行激振，和/或在记录的步骤中，记录测量管(A，B)之间，特别是两个测量管(A，B)之间的间隙的相对变化。
4.如前述权利要求的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述激振的步骤中，将所述至少两个测量管(A，B)的激振频率控制在具有所述至少两个测量管(A，B)的振荡系统(20)的谐振频率处。
5.如前述权利要求的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，通过如下事实来确定所述谐振频率的偏差的出现：在所分析的测量信号的频谱中，在不同的频率处出现至少两个显著峰值，其中所分析的测量信号表示具有所述至少两个测量管(A，B)的振荡系统(20)的机械振荡。
6.如权利要求5中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，仅当所述峰值出现处的所述频率的频差超过预定极限值时才确定所述谐振频率出现偏差。
7.如权利要求5或6中所述的方法，其特征在于，所述频谱通过改变所述至少一个激振器(8)的所述激振频率并且通过借助至少一个传感器(14，16)记录所述振荡系统(20)的相关振荡响应行为来提供。
8.如权利要求5或6中所述的方法，其特征在于，在将在相关频率范围上延伸的频带作为激振频率的激振的情形中，通过在此情形中所记录的、分析测量信号的傅立叶分析来提供频谱。
9.如权利要求1到4的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，所述谐振频率的偏差通过如下事实来确定：在以具有所述至少两个测量管(A，B)的所述振荡系统(20)的谐振频率激振所述至少两个测量管(A，B)的情形中，所述科里奥利流量测量装置(2)的传递函数相对于未堵塞状态下的传递函数发生变化，其中所述传递函数使激振输入变量，特别是施加到所述至少一个激振器(8)的激振电压，与表示所述机械振荡的测量信号，特别是由所述至少一个传感器(14，16)提供的传感器电压，相关联。
10.如权利要求1到4或9的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，所述谐振频率的偏差通过如下事实来确定：在以具有所述至少两个测量管(A，B)的所述振荡系统(20)的谐振频率激振所述至少两个测量管(A，B)的情形中，
根据所记录的所述测量管(A，B)的机械振荡确定的所述振荡系统(20)的易曲性出现减小，
其中所述易曲性根据对于未堵塞状态在谐振条件下适用的所述科里奥利流量测量装置(2)的传递函数确定，并且
其中所述传递函数使激振输入变量，特别是施加到所述至少一个激振器(8)的激振电压，与表示所述机械振荡的测量信号，特别是由所述至少一个传感器(14，16)提供的传感器电压，相关联。
11.如权利要求1到4、9或10的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，所述谐振频率的偏差通过如下事实来确定：在以具有所述至少两个测量管(A，B)的所述振荡系统(20)的谐振频率激振所述至少两个测量管(A，B)的情形中，
根据所记录的所述测量管(A，B)的机械振荡确定的所述振荡系统(20)的刚性出现增加，
其中所述刚性根据对于未堵塞状态在谐振条件下适用的所述科里奥利流量测量装置(2)的传递函数确定，并且
其中所述传递函数使激振输入变量，特别是施加到所述至少一个激振器(8)的激振电压，与表示所述机械振荡的测量信号，特别是由所述至少一个传感器(14，16)提供的传感器电压，相关联。
12.如权利要求10或11中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，仅当所确定的、减小的易曲性与所确定的未堵塞状态下的易曲性的差和/或所确定的未堵塞状态下的刚性与所确定的、增加的刚性的差超过预定极限值时，才确定所述谐振频率的偏差。
13.如权利要求9到12的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，当控制在所述振荡系统(20)的谐振频率处的所述激振频率的频率波动增加时，特别是当这些频率波动超过预定极限值时，不确定所述谐振频率的偏差。
14.如权利要求10到13的任一项中所述的方法，其特征在于，在所述分析的步骤中，当在预定时段内所述易曲性的减小和/或所述刚性的增加缓慢地，特别是预定极限值之下，发生时，不确定所述谐振频率的偏差。
15.科里奥利流量测量装置，所述科里奥利流量测量装置可插入管线中并以这样的方式体现，即通过所述科里奥利流量测量装置，可确定在所述管线中流动的流体的物理测量变量，特别是质量流量、粘度和/或密度，其中所述科里奥利流量测量装置包括：
至少两个测量管(A，B)，在所述管线中流动的流体可分配到所述至少两个测量管中；
至少一个激振器(8)，所述至少两个测量管(A，B)可通过所述至少一个激振器激振以执行机械振荡；以及
至少一个传感器(14，16)，通过所述至少一个传感器，可记录所述测量管(A，B)的机械振荡并且能够产生表示所述机械振荡的至少一个测量信号，
其中，所述至少一个所产生的测量信号通过所述科里奥利流量测量装置的电子器件(18)进行处理，所述Coriolis流量测量装置的电子器件(18)以这样的方式体现，即它针对一个测量管(A；B)的谐振频率相对于所述至少一个另一测量管(B；A)的谐振频率的偏差的出现对至少一个所产生的测量信号进行分析，并且在此偏差出现的情形中，确定测量管(A；B)的堵塞。
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