CN105806432A - 用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法，其具有至少一个测量管、至少一个振动发生器、至少两个振动接收器和至少一个评估装置，振动接收器和/或振动发生器分别包括至少一个永磁体和至少一个线圈，振动发生器激励测量管振动，振动接收器检测测量管的振动，确定测量管的温度，评估装置处理所检测的振动信号且确定科里奥利质量流量测量仪的状态参量。一种在确定状态值时具有更高精度的用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法由此实现，即测定振动发生器的线圈的电阻抗和/或振动接收器的至少一个线圈的电阻抗，评估装置计算至少一个与温度相关的状态参量D，从测量管的温度出发利用线圈的所确定的阻抗来修正与温度相关的状态参量D。

Description

用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法，其中，科里奥利质量流量测量仪具有至少一个测量管、至少一个振动发生器、至少两个振动接收器和至少一个评估装置，其中，振动接收器和/或振动发生器分别包括至少一个永磁体和至少一个线圈，其中，振动发生器激励测量管振动，其中，振动接收器检测测量管的振动，其中，确定测量管的温度，并且其中，评估装置处理所检测的振动信号且确定科里奥利质量流量测量仪的状态参量。
背景技术
科里奥利质量流量测量仪在现有技术中以大量设计方案已知。根据科里奥利原理工作的质量流量测量仪具有至少一个振动发生器(利用其来激励该测量管振动，或者必要时还激励多个测量管进行振动)以及至少两个振动接收器(利用其来检测测量管的所获得的该振动或所获得的多个振动)。振动接收器在进入侧和流出侧固定在测量管处。如果使测量管振动，对于具有质量的介质流过测量管的情况得到在进入侧和流出侧相互影响的振动分量，其由振动接收器来检测。在无流量时，在理想情况中这两个振动接收器的信号同相。随着质量流量的增加在进入侧和流出侧引起的增加的不同的振动份额的原因是在进入侧和流出侧不同地指向流动介质的科里奥利力。
前述类型的科里奥利质量流量测量仪的振动发生器包括线圈和永磁体。永磁体无论如何在线圈的影响范围中布置成使得在线圈通电时产生的磁场与永磁体的磁场相互作用并且相应的力作用到线圈和永磁体上。加载线圈的电流大小在此对于由振动发生器传递到测量管上且激励测量管振动的力是决定性的；线圈的通电且因此还有测量管的力加载通常调谐地实现。如果将科里奥利质量流量测量仪视为具有输入参数激励力和输出参数测量管偏转(或者由此在时间上导出的量、如测量管速度)的动态系统，那么在激励力和测量技术上所检测的测量管速度已知的情况下存在用于识别动态系统科里奥利质量流量测量仪的传递特性的信息。如果基于数学模型进行识别，可确定在模型中所使用的参数，例如测量管的弹簧刚性、测量管的阻尼和振动的总质量(文件DE102012011934A1、DE102008059920A1)。
然而物理参数且因此还有函数关系常常受到其它影响，其在理想情况中应被考虑以获得精确的测量结果。如此，例如测量管的刚性尤其与温度相关。从现有技术中申请人已知方法，在其中通过安装在测量管上的传感器来测量测量管温度，以便例如能考虑测量管的弹簧刚性的温度相关性。
发明内容
因此，本发明目的在于说明一种用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法，其在确定状态参量或状态参量的值时具有更高的精度。
在这种类型的用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法中，之前导出的目的由此来实现，即测定振动发生器的线圈的电阻抗和/或振动接收器的至少一个线圈的电阻抗，并且评估装置计算至少一个与温度相关的状态参量D，其中，从测量管的温度出发利用线圈的所确定的阻抗来修正与温度相关的状态参量D。
状态参量D可以是科里奥利质量流量测量仪的物理技术参量，但是也可以是虚拟的特性参量，其例如适合用于监控相应的科里奥利质量流量测量仪的可通状态(Gutzustand)；这样的虚拟的特性参量可与测量管的弹簧刚性相联系，而不是精确地描绘弹簧刚性本身。
根据本发明的方法实现了尤其与在此使用的永磁体的磁化的温度相关性相联系的温度效应的补偿。对于较低的温度、即在居里温度以下的温度，例如已知以下Bloch等式关系：
M(T)是永磁体的磁化，M(0)是在温度零点时的磁化。以T来表示温度而以TC来表示居里温度。由于磁体的强度(其自发的磁化)对于由振动发生器所传递的力是决定性的，磁体温度也影响所计算的参数或状态参量的精度。
在根据本发明的方法中不需要以复杂的方式测量磁体温度。线圈电阻或者说线圈的电阻抗提供允许补偿磁体温度的影响的关系。在此有利的是，线圈(其阻抗被检测)在功能上需要布置在与其相关联的永磁体的附近环境中并且因此线圈的温度良好近似地相应于永磁体的温度。由于线圈的阻抗或欧姆电阻通常同样随温度变化，所检测的线圈的阻抗是对线圈的温度和对就设置在附近的永磁体的温度的可靠指示器。
为了提高精度，在该方法的扩展的设计方案中设置成，基于至少一个已知的用于描述线圈的温度相关性的温度系数实现状态参量D的修正。通过利用该情况，可直接通过测量线圈阻抗或线圈的欧姆电阻推出线圈的温度。如此通过确定线圈阻抗可更精确确定线圈温度或永磁体温度且因此更好地补偿与磁体温度相联系的效应。
根据本发明的方法的另一设计方案设置成，在科里奥利质量流量测量仪在持续过程中运转之前确定状态参量D的参考值Dref。在运转之前可意味着，该仪器已从工厂开始以参考值来标定。其可在出厂之前被储存在仪器中。同样可考虑，当科里奥利质量流量测量仪已被集成到过程中、然而还未运行时，在安装在过程中的情况中现场确定参考值。此外适宜的是，在过程条件改变时还重新标定仪器，也就是说可计算新的参考值。变化的过程条件可由拆卸仪器或将仪器集成到新的过程中引起或者例如还由穿流的介质的变化引起。
在该方法的另一设计方案中设置成，将状态参量D的参考值Dref与在运行中确定的值Dmess相比较。可以以任意间隔或连续地来确定在运行中所确定的值Dmess。与参考值Dref持续比较使能够做出关于科里奥利质量流量测量仪的当前状态在参考值确定的时刻多大程度地相应于初始状态的论断。
在方法的另一设计方案中设置成，在状态参量D的参考值Dref与在运行中所测定的值Dmess超过之前定义的偏差E时由评估装置发出信号。该信号可以仅是设置标帜，即例如在科里奥利质量流量测量仪的电子装置内的储存单元中设置比特。但是也可电气地、声学地或者借助于视觉化通过科里奥利质量流量测量仪的接口发出信号。尤其接下来也可在上级主显示器中发出信号，其向操作者说明测量器的状态已改变，例如不再存在可通过状态。
与温度相关的状态参量D和因此还有状态参量D的值Dref和/或Dmess的计算优选地根据测量管温度T和所检测的线圈阻抗Rdrv、即根据关系式D=f(T,Rdrv)实现。优选地，分别关于参考温度值T0和参考阻抗值Rdrv,0、那么即根据关系式D=f(ΔT,ΔRdrv)实现确定。
在根据本发明的方法的设计方案中在使用以下关系的情况下确定状态参量D的与温度相关的值Dref和/或Dmess的计算：
。
在此，ΔRdrv相应于线圈的电阻抗关于之前定义的参考值Rdrv,0的变化而ΔT相应于测量管温度关于之前所确定的参考值T0的变化。系数a1至a3(其中，)可以是经验性质并且例如仅针对单独的测量仪或者还针对一定类型的测量仪。
从振动特性中导出的状态参量提供关于科里奥利质量流量测量仪的结构状态的情报。科里奥利质量流量测量仪的振动特性在数学方面原则上可通过拉格朗日方程第二形式来说明。在此，以第一固有形式的振动、即测量管激励成以尽可能大的振幅的振动表示测量管的质量的同相的、平移的运动，其中，避免了测量管的变形或者甚至破坏。质量围绕测量管的中心的旋转相应于以第二固有形式的振动。所有所考虑的固有形式可以以差分方程系统来表示，其中，决定性的因素是惯性矩阵、阻尼矩阵和刚性矩阵。
因此，在根据本发明的用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法的一设计方案中特别有利的是，根据测量管的刚性来计算状态参量D。关于刚性的报告产生对科里奥利质量流量测量仪的使用寿命和功能性的良好近似。
同样，在根据本发明的方法的另一设计方案中，有利的是，根据测量管的阻尼来计算状态参量。
在该方法的另一设计方案中，相应地设置成，根据测量管的质量来计算状态参量。
在计算状态参量时重要的是，多大程度地激励科里奥利质量流量测量仪的测量管振动或以哪个固有形式激励其振动。为了根据测量管的刚性识别状态参量，优选地在“驱动模式”中产生振动，这相应于在第一固有形式中的振动。
附图说明
现在详细提供大量设计和改进根据本发明的用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法的可能性。对此，不仅参考从属于权利要求1的权利要求而且参考结合附图对优选的实施例的接下来的说明。其中：
图1以透视图显示了科里奥利质量流量测量仪的一实施例，
图2显示了在静态条件下线圈的电阻抗与测量管温度的关系的示意性曲线，
图3显示了在非静态条件下线圈的电阻抗与测量管温度的关系的示意性曲线，
图4显示了用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法的一设计方案的示意性流程，
图5显示了用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法的扩展的设计方案的示意性流程，
图6显示了用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法的另一设计方案的示意性流程。
具体实施方式
图1显示了具有四个测量管2的科里奥利质量流量测量仪1的实施例。借助于特殊的保持装置将振动发生器3和振动接收器4与测量管2相连接。在该情况中，不仅振动接收器4而且振动发生器3分别包括永磁体6和线圈7。以该方式，可以以电气方式将振动传递到测量管2上或检测测量管2的振动。振动接收器4在进入侧和流出侧固定在测量管2处。在无流量时，这两个振动接收器4的信号基本同相。在有质量流量时，在进入侧和流出侧产生不同指向的科里奥利力，其导致在振动接收器4的偏转和由此两个信号之间的相移，其中，该相移与在测量管2内的质量流量成比例。
然而，测量管2的振动特性不仅取决于测量管2的激励，而且取决于影响测量管的刚性的测量管温度、测量管2的可能的例如由腐蚀引起的结构变化，或者还取决于振动发生器3的传递特性的温度相关性。因此，在科里奥利质量流量测量仪的运行中，还期望补偿这样的温度效应，在确定科里奥利质量流量测量仪的物理参数时对于物理参量或者对于导出的状态参量D(其不必具有直接的物理意义，尽管如此但是适合于测定科里奥利质量流量测量仪的状态和因此其状态的变化)。
图2示出在静态条件下线圈阻抗R相对测量管温度T的在质上的图示。在静态情况中，也就是说在恒定的测量管温度下在线圈阻抗R与测量管温度T之间存在线性关系。
与此相对，图2示出在热不稳定的条件下、即在可变的测量管温度下线圈阻抗R相对测量管温度T的在质上的图示。测量管温度T(水平线)的改变导致线圈阻抗R的明显延迟的反应。该延迟的惯性不仅在温度升高时而且在冷却过程中导致典型的滞后效应。由此总体上产生该认识，即在振动发生器3中与温度相关的效应仅可不充分地利用测量管2的所检测的温度补偿并且反过来测量管2的与温度相关的效应仅可不充分地利用振动发生器3的所检测的温度补偿。通过从测量管2的温度出发利用所确定的线圈的阻抗来修正感兴趣的与温度相关的状态参量D，所提出的用于运行科里奥利质量流量测量仪的方法面对该情况，因为在线圈7的阻抗中包含关于邻近的永磁体6的温度的信息。
图4显示了开头所说明的方法的一设计方案的示意性流程。在第一步骤101中，安装在科里奥利质量流量测量仪1处的振动发生器3激励测量管2进行振动。接着，在步骤102中由振动接收器4检测振动。平行于此，在步骤103中测定测量管的温度。接着，确定104线圈的电阻抗。这些步骤的顺序不固定于在图4中示出的顺序。振动检测、测量管温度确定和线圈阻抗的确定可先后或者但是也可同时执行。
所接收的信号被传输到评估装置5处。评估装置5利用所接收的信号计算科里奥利质量流量测量仪1的一个或多个状态参量D。由于优选的状态参量(其可提供关于科里奥利质量流量测量仪1的当前状态的情报)部分地与温度相关，测量管温度被用于确定实际的与温度相关的状态值。
产生的测量管振动也与通过振动发生器的通电所施加的激励力相关。所产生的力又与永磁体6的温度相关，因为其磁化与温度相关。尤其在图2和图3明显的联系促使确定与磁体温度或更近地放置的线圈相联系的磁体温度或尺寸。在本发明的该实施例中，线圈7具有已知的温度系数。由此提供与温度的关系。然后在步骤105中由评估装置通过关系
来计算与温度相关的状态参量D。在此，ΔT是测量管温度的变化而ΔRdrv 是线圈的电阻抗的变化。系数至表示用于科里奥利质量流量测量仪的经验参数。
图5显示了该方法的扩展。如已在图4中所示，在步骤101中产生振动并且其接着被接收102。同样，确定测量管温度T和电的线圈阻抗R，以此评估装置5可从所测定的值计算状态参量。在根据图5的扩展的方法中，首先在步骤106中在科里奥利质量流量测量仪1运转之前在安装情况中确定状态参量D的参考值Dref。在持续运行中才在步骤107中从所接收的信号持续地计算状态参量D的值Dmess。计算出的值Dmess此外持续地被与之前所确定的参考值Dref相比较108。
图6显示了用于运行科里奥利质量流量测量仪1的方法的另一实施例。除了在图5中示出的步骤，附加地在步骤109中这两个比较值Dref和Dmess的偏差通过等式：
来确定。如果偏差E超过之前所确定的极限值，由评估装置5发出信号。科里奥利质量流量测量仪1的操作者可识别出，测量仪的状态已改变并且必要时引入步骤以再次建立所期望的状态。

Claims (9)

1.一种用于运行科里奥利质量流量测量仪(1)的方法，其中，所述科里奥利质量流量测量仪(1)具有至少一个测量管(2)、至少一个振动发生器(3)、至少两个振动接收器(4)和至少一个评估装置(5)，其中，所述振动接收器(4)和/或所述振动发生器(3)分别包括至少一个永磁体(6)和至少一个线圈(7)，其中，所述振动发生器(3)激励所述测量管(2)振动，其中，所述振动接收器(4)检测所述测量管(2)的振动，其中，确定所述测量管(2)的温度，并且其中，所述评估装置(5)处理所检测的振动信号并且确定所述科里奥利质量流量测量仪(1)的状态参量，
其特征在于，测定所述振动发生器(3)的线圈(7)的电阻抗和/或所述振动接收器(4)的至少一个线圈(7)的电阻抗，并且所述评估装置(5)计算至少一个与温度相关的状态参量D，其中，从所述测量管(2)的温度出发利用所确定的所述线圈(7)的阻抗来修正与温度相关的状态参量D。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述线圈(7)的阻抗的已知的温度系数实现所述状态参量D的修正。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，在所述科里奥利质量流量测量仪(1)在持续过程中运转之前对于状态参量D确定参考值Dref。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述状态参量D的参考值Dref与所述状态参量D的在运行中所确定的值Dmess相比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在超过之前定义的所述状态参量D的参考值Dref与在运行中所测定的值Dmess的偏差E时由所述评估装置(5)发出信号。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，在应用关系
的情况下来确定与温度相关的所述状态参量D的值Dref和/或Dmess，其中，R drv 相应于所述线圈(7)的电阻抗，T相应于测量管温度并且。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量管(2)的刚性来计算所述状态参量D。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量管(2)的阻尼来计算所述状态参量。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量管(2)的质量来计算所述状态参量。
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