CN105899917B - 密度测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密度测量设备，所述密度测量设备用于测量可流动介质的密度ρ并且包括测量设备电子部件(ME)以及与测量设备电子部件电气连接的测量变换器(MW)。测量变换器包括测量管(10)、用于激励和维持振动的振动激励器(41)、以及用于感测至少一个测量管的振动的振动传感器(51)。测量设备电子部件设计为以下述方式借助于振动测量信号(s₁)以及激励器信号(e₁)来调节引起测量管的有用振动(即具有指定的有用频率f_n的振动)的驱动力：使得在指定的相位控制间隔期间，测量管的速度响应V_N相对于驱动力的有用分力F_N相位偏移的相移角

小于‑20°且大于‑80°，并且/或者有用频率具有大于测量管的瞬时共振频率的频率值的1.00001倍而小于其1.001倍的频率值。此外，测量设备电子部件设计为不但基于在相位控制间隔期间存在的振动测量信号(s₁)来确定至少一个表示所述相位控制间隔内的有用频率的频率测量值X_f，并且还通过使用该频率测量值X_f来生成表示密度ρ的密度测量值X_ρ。

Description

密度测量设备

技术领域

本发明涉及一种用于测量可流动介质的密度ρ的电子振动式密度测量设备，特别是在管线中流动的流体。

背景技术

通常，在工业测量技术中，特别还有关自动化制造过程的控制和监视，为了高度精确地确定在例如管线的过程线中流动的例如液体和/或气体的介质的密度，应用借助于测量设备电子部件(最常借助于至少一个处理器)以及与该测量设备电子部件电气连接并且在由待测量介质的运行期间所流过的振动型的测量变换器来形成的振动式密度测量设备。这样的密度测量设备已长时间为人所知，例如体现为所谓的四导体设备或者所谓的双导体设备，尤其还体现为科氏质量流量(mass flow)/密度测量设备的形式以及粘度-密度测量设备的形式，并且该密度测量设备被设立于工业应用中。尤其是在US-A 2004/0123645、US-A 2006/0096390、US-A 2007/0119264、US-A 2008/0047362、US-A 2008/0190195、US-A2010/0005887、US-A 2010/0011882、US-A 2010/0257943、US-A 2011/0161017、US-A 2011/0219872、US-A 2011/0265580、US-A 2012/0123705、US-A 4,491,009、US-A 4,524,610、US-A 4,801,897、US-A 4,996,871、US-A 5,024,104、US-A 5,287,754、US-A 5,291,792、US-A5,349,872、US-A 5,531,126、US-A 5,705,754、US-A 5,796,010、US-A 5,796,011、US-A 5,831,178、US-A 5,945,609、US-A 5,965,824、US-A 6,006,609、US-A 6,092,429、US-B 6,223,605、US-B 6,311,136、US-B 6,477,901、US-B 6,513,393、US-B 6,647,778、US-B 6,666,098、US-B 6,651,513、US-B 6,711,958、US-B 6,840,109、US-B 6,920,798、US-B 7,017,424、US-B 7,059,176、US-B 7,077,014、US-B 7,200,503、US-B 7,216,549、US-B 7,325,462、US-B 7,360,451、US-B 7,792,646、WO-A 00/34748、WO-A 01/02 816、WO-A 2008/059262、WO-A 2013/092104、WO-A 85/05677、WO-A 88/02853、WO-A 89/00679、WO-A 94/21999、WO-A 95/03528、WO-A 95/16897、WO-A 95/29385、WO-A 98/02725、WO-A 99/40 394、WO-A 00/34748或者还在尚未在先出版的德国专利申请DE102013101369.4、DE102013102708.3或DE102013102711.3.中描述了这样的电子振动式密度测量设备或者适用的测量变换器的示例。其中所示的每一个密度测量设备的测量变换器包括至少一个至少部分地直的和/或至少部分地呈例如U形、V形、S形、Z形或者Ω形弯曲的测量管，该测量管具有由管壁包围的管腔并且用于引导介质，其中管壁取决于应用而通常由金属制成，例如钛或钛合金、钽或钽合金、锆或锆合金、不锈钢或镍基合金，或者例如也由硅制成。测量管的口径取决于应用而通常处于0.5mm与100mm之间的范围内。

这样的测量变换器的至少一个测量管适于引导管腔中的介质并且在此期间被引起振动，使得至少一个测量管执行期望振荡，即以期望频率关于静止位置的机械振荡，该期望频率还由介质的密度来共同确定并且从而可用作对密度的测度。在常规的密度测量设备中的情形下，通常在固有共振频率下的弯曲振荡作为期望振荡，例如与测量变换器所固有的基本模式的固有弯曲振荡对应的这样的弯曲振荡。在此情形下，测量管的振荡是恰好具有一个振荡波腹(oscillatory antinode)的共振振荡。期望振荡在至少部分地弯曲的测量管的情形下另外通常被体现成使得测量管关于假想地连接测量管的入口侧端部与出口侧端部的假想振荡轴线按照夹紧在一端上的悬臂的方式以类摆的方式运动，而相反，在测量变换器具有直测量管的情形下，期望振荡最常是在单个假想振荡平面中的弯曲振荡。另外已知，有时为了在密度测量设备的操作期间对测量变换器执行重复检查的目的而激励至少一个测量管以甚至在共振之外持续振荡并且在共振之外还评估振荡，例如在前述的US-A2012/0123705中所述，以便尽早检测出对至少一个测量管的可能损坏，该损坏可能导致相应密度测量设备的测量精度和/或操作安全性的不要求下降。

在测量变换器具有两个测量管的情形下，这些测量管最常经由在入口侧上于测量管与入口侧连接凸缘之间延伸的分配器零件并且经由在出口侧上于测量管与出口侧连接凸缘之间延伸的分配器零件而被连接至特定的过程线。在测量变换器具有单个测量管的情形下，这样的测量管最常经由开口于入口侧上的连接管并且经由开口于出口侧上的连接管而与过程线连通。此外，具有单个测量管的测量变换器在各种情形下都包括至少一个零件或多部件例如管形、箱形或者板形的反向振荡器(counter oscillator)，该反向振荡器在入口侧上的第一联接区处联接至测量管并且在出口侧上的第二联接区处联接至测量管，并且该反向振荡器在操作期间基本上静止或者与测量管反向地振荡。借助于测量管和反向振荡器所形成的测量变换器的内部部分最常单独借助于两个连接管来保持，测量管在操作期间经由该两个连接管与保护性测量变换器外壳中的过程线连通，特别是以这样的方式，使得内部部分能够相对于测量变换器外壳振荡。在例如US-A 5,291,792、US-A 5,796,010、US-A 5,945,609、US-B 7,077,014、US-A 2007/0119264、WO-A 01/02 816和WO-A 99/40394中所示具有单个的基本上直的测量管的测量变换器的情形下，测量管与反向振荡器诸如就常规的测量变换器而言很常见那样被定向成基本上彼此同轴，因为反向振荡器被体现为基本上直的中空圆柱体并且被布置在测量变换器中，使得测量管至少部分被反向振荡器包套(jacket)。特别是在将钛、钽或锆或者其合金应用于测量管的情形下，相对成本有效的钢类型最常用于反向振荡器，诸如结构钢或者易切削钢。

为了有效激励或维持至少一个测量管的振荡，尤其是期望振荡，振动型的测量变换器额外具有借助于至少一个在操作期间差动地作用于至少一个测量管以及在给定情况下存在的反向变换器或在给定情况下存在的其它测量管的机电式振荡激励器所形成的激励器机构，例如，所述机电式振荡激励器即电动力式、静电式或者压电式振荡激励器。振荡激励器借助于一对例如连接导线形式和/或柔性电路板的导电迹线形式的电气连接线路与所述测量设备电子部件电气连接，并且通过由测量设备电子部件所生成并且对应调节的电激励器信号来操作，即该电激励器信号至少本身适于至少一个测量管的改变的振荡改性，所述振荡激励器特别用于将借助于所述激励器信号所馈送的电激励功率转换成在由振荡激励器所形成的接合点处作用于至少一个测量管上的驱动力。

激励器信号在此情形下特别被调节成使得驱动力由此具有引入测量管的期望分力，即随着对应于期望频率的激励频率变化并且引起期望振荡的周期性分力。这通常通过提供所述激励器信号来实现，该激励器信号具有期望激励分量，即随着对应于期望频率的信号频率变化并且与激励器信号中可能包含的其他频率的附加信号分量相比具有最高信号功率的谐波信号分量。

针对与弯曲振荡的基本模式对应的共振振荡用作期望振荡或者激励频率被准确设定成对应的共振频率的所述情形，至少一个测量管的速度响应，即至少一个测量管于接合点处在时间上随着期望频率变化的振荡运动的速度，就所知而言相对于驱动力的期望分力没有相移，从而驱动力的期望分力与速度响应在共振条件

下处于一个相内，或者在共振条件下，期望分力与速度响应之间的对应相移角达到零。激励器信号在此情形下另外也经常被调节成使得期望振荡不论波动密度和/或粘度如何都具有基本上恒定的振幅。这通常是在所讨论的类型的密度测量设备的情形下实现，通过提供具有外加电流的激励器信号或者期望激励分量，该外加电流即由测量设备电子部件基本上独立于可能的干扰而控制成预定的有效值的电流，并且/或者通过提供具有外加电压的激励器信号或者期望激励分量，该外加电压即由测量设备电子部件基本上独立于可能的干扰而控制成预定的有效值的电压。

平常市售的振动类型的测量变换器的振荡激励器通常以振荡线圈类型的方式来构造，即借助于在测量变换器具有测量管以及与其联接的反向振荡器的情形下最常固定于反向振荡器上的磁线圈以及用作与至少一个磁线圈相互作用的磁衔铁并且对应固定于待运动测量管上的永磁体来形成。永磁体和磁线圈在此情形下通常被定向成使得它们基本上同轴地相对于彼此延伸。此外，在常规测量变换器的情形下，振荡激励器最常被体现和放置成使其基本上中心地作用于至少一个测量管。作为借助于确切在中心并且直接作用于测量管上的振荡激励器所形成的激励器机构的替选，尤其诸如在上述的US-A 6,092,429中所述，例如也可能使用借助于未固定在测量管的中心而是其入口侧或出口侧的两个振荡激励器所形成的激励器机构，或者尤其诸如在US-B 6,223,605或US-A 5,531,126中所提供，例如也可能使用借助于作用于在给定情况下存在的反向振荡器与测量变换器外壳之间的振荡激励器所形成的激励器机构。然而，尤其如US-B 6,477,901或WO-A 00/34748中所示，作为前述电动类型的振荡激励器的替选，时常也可能使用压电式振荡激励器、地震振荡激励器或者尤其是在其至少一个测量管具有小于1mm的非常小口径的测量变换器的情形下使用静电式振荡激励器来激励期望振荡。

为了记录至少一个测量管的振荡运动，尤其是对应于期望振荡的振荡运动，所讨论类型的测量变换器此外具有至少一个振荡传感器，该振荡传感器置于测量管上，例如借助于其自有的一对电连接线路而与测量设备电子部件连接并且适于将振荡运动转换成表示该振荡运动并且包含期望信号分量的振荡测量信号，该期望信号分量即具有对应于期望频率的信号频率的周期性信号分量，并且将振荡测量信号提供给测量设备电子部件，例如即借助于至少一个微处理器所形成的测量设备电子部件的测量和操作电路，以便进行额外处理。在平常市售的电子振动式密度测量设备的测量变换器的情形下，振荡传感器迄今为止最常基本体现为与至少一个振荡激励器的构造相同，因为它们根据与电动力式振荡激励器情形下相同的作用原理来工作，例如，由此在各种情形下同样是电动类型的。因此，这样的传感器布置的振荡传感器也最常同样在各种情形下借助于固定在测量管上的永磁体以及被永磁体的磁场穿透并且由于至少一个测量管的振荡运动而至少有时供给有感应测量电压的至少一个线圈来形成，所述线圈例如固定在给定情况下存在的其他测量管上或者在给定情况下存在的反向振荡器上的线圈。然而，还在光学上或者还在电容上设计的振荡传感器同样通常用于振荡测量，例如甚至用于振荡激励器是电动类型的情形。

在用于测量密度的常规电子振动式密度测量设备的情形下对共振条件

的满足能够在操作期间例如被各自的测量设备电子部件辨识，指出期望激励分量与期望信号分量之间的相移角已达到预定的相位值，即对应于上述共振条件的相位值，在此情形下速度响应与驱动力的期望分力之间的相移角为零，并且至少在预定的间隔内，即在长度足够用于测量密度的时间内，基本上保持恒定。为了还对具有在较宽的密度测量范围内可变并且/或者随时间快速改变的密度的介质实施密度的高精度测量，从而提供具有尽可能高的动态范围的密度测量设备，所讨论类型的测量设备的测量设备电子部件尤其还适于如此调节激励器信号，使得期望分力的激励频率在密度的测量期间尽可能确切地对应于各自的瞬时共振频率，例如由此对应于所述弯曲振荡基本模式的共振频率，或者使得激励频率尽可能快被调节成例如由于测量管的波动密度和/或波动温度而可能改变的共振频率。在常规密度测量设备的情形下通常利用上述共振条件发生借助于测量设备电子部件对期望分力的调节，以这样的方式，使得借助于至少一个振荡测量信号，例如即基于其期望信号分量，并且借助于激励器信号，例如即通过设定期望激励分量的信号频率，使期望分力的激励频率连续或接连变化，并且确实变化到一定程度或直到期望激励分量与期望信号分量之间的相移角已达到预定的相位值为止，例如由此约为零。适于将相应测量管的期望频率设定或跟踪到其瞬时共振频率中的一个的电子电路，例如配置为锁相回路(PLL)的电子电路，或者以此实现的频率控制方法，本身已为本领域的技术人员所知，例如根据上述US-A 4,801,897或US-A 2010/0005887。

由于至少一个测量管的期望振荡，尤其是在至少一个测量管的期望振荡是弯曲振荡的情形下，正如所知，能够在流动的介质中感生也取决于瞬时质量流量(instantaneousmass flow rate)的科氏力。而这又能够引起叠加在期望振荡上并且取决于质量流量的具有期望频率的科氏振荡，以这样的方式，使得能够在执行期望振荡并且同时流有介质的至少一个测量管的入口侧与出口侧的振荡运动之间检测传播时间或相位差，这也取决于质量流量，从而也可用作对于质量流量测量的测度。在至少部分地弯曲的测量管的情形下，在此为期望振荡选择使得测量管按照夹紧在一端上的悬臂的方式做类摆运动的振荡形式的情形下，产生的科氏振荡例如对应于有时也称作扭曲模式的那种弯曲振荡模式，在该模式中测量管关于定向成与假想振荡轴线垂直的假想旋转振荡轴线执行旋转振荡，而相反，在直测量管的情形下，其期望振荡被体现为在单个假想振荡平面中的弯曲振荡，科氏振荡例如是基本上与期望振荡共面的弯曲振荡。针对上文已述的情形，其中密度测量设备与密度补充地另外还应确定在测量变换器中引导的相应介质的质量流量，为了记录至少一个测量管在入口侧以及出口侧两者的振荡运动的目的并且为了产生至少两个受待测量的质量流量影响的电振荡测量信号，所讨论类型的测量变换器此外最常具有两个或更多个沿测量管彼此隔开的振荡传感器，所述振荡传感器被体现和布置成，使得以此生成并且馈送给测量设备电子部件的振荡测量信号不仅如前所述在各种情形下都具有期望信号分量，而且代替地还可在这两个振荡测量信号的期望信号分量之间测量取决于质量流量的传播时间或相位差。作为除了测量密度还测量质量流量的替选或补充，如前所述或尤其如上述US-A 2011/0265580中所示，另外还可能借助于这样的振动型的测量变换器，从而借助于以此形成的电子振动式密度测量设备，还补充地直接测量流过介质的粘度，例如基于激励或维持期望振荡所需的电激励功率，或者基于该基于激励功率所确定的期望振荡的衰减，并且可能输出这样的限定(qualified)粘度形式的测量值。

在所讨论类型的电子振动式密度测量设备的情形下，如前所述，通常基于至少一个测量管的有效激励的共振振荡，特别即基于对其瞬时共振频率中的至少一个的测量，发生密度的确定。常规的电子振动式密度测量设备的相应测量设备电子部件为此还适于，基于从在至少一个在共振条件

下所生成的振荡测量信号中所获得的期望信号分量，反复确定表示至少一个测量管的各自当前期望频率从而表示当前共振频率的频率测量值，并且此后应用一个或多个所述的频率测量值来生成通常首先是表示相应介质的密度的数字密度测量值，例如通过执行所述微处理器的对应计算算法。由于至少一个测量管的振荡特性，尤其是其各自的共振频率，以及与其相关的密度测量精度，即能够测量密度的测量精度，正如所知也取决于至少一个测量管的各自管壁内的温度分布，因此在这样的密度测量的情形下通常也至少考虑测量管温度。这尤其可根据上述的US-A 4,491,009、WO-A 88/02853、WO-A 98/02725或者WO-A 94/21999感知。为了确定温度，通常借助于粘结在表面上且与相应测量设备电子部件电气连接的电阻温度计的铂电阻或者热电偶，由传感器来记录至少一个测量管在背向其管腔的管壁表面上的至少一个局部温度，并且测量设备电子部件此外还适于，基于表示至少一个测量管的温度的温度信号，在操作期间反复确定表示管壁温度的温度测量值并且将该温度测量值使用于密度的计算中，尤其为了减弱密度测量设备对温度影响的交叉灵敏度的目的。在前述类型的常规密度测量设备的情形下一旦测量设备电子部件已检测到满足共振条件，对密度的实际测量最终发生，这是通过借助于测量设备电子部件基于例如借助于数字信号滤波器从至少一个振荡测量信号中所提取的期望信号分量，首先确定至少一个用作期望频率、表示共振频率的频率测量值，并且再将该频率测量值转换成对应的密度测量值，即瞬时表示密度的密度测量值。频率到相关密度测量值的转换能够通过形成频率测量值的平方的倒数并且使用在测量设备电子部件中对应配备的特性曲线函数将其与针对管壁的瞬时温度的对应温度测量值进行组合而发生，所述特性曲线函数例如是由所述微处理器所执行的运算算法的形式。

在前述类型的电子振动式密度测量设备情形下的密度测量精度的进一步改进另外还能够如此达成，尤其还如上述的US-A 2004/0123645、US-A 2011/0219872、WO-A 94/21999或WO-A 98/02725中所公开，当为了校正共振频率对其它介质或流特定的测量变量的可能的进一步依赖性的目的时，例如在至少一个测量管中流动的介质的质量流量或在至少一个测量管中引导的介质内占主导的压力，并且/或者为了校正测量变换器特定的振荡特性的可能变化的目的，例如由于位于静态的静止位置的至少一个测量管的并且由管壁内温度分布的改变引起的或者由作用在至少一个测量管上的(夹紧)力引起的还有时不可逆变形，或者由此在测量变换器中导致的附加机械应力，相应影响的变量以度量方式被记录并且对应地在密度的运算中予以考虑，例如通过使对应的校正项目与前述的特性曲线函数一致。还如上述US-A 2011/0219872所公开，至少一个测量管的机械变形能够例如借助于一个或多个与测量管在其背向管腔的表面上机械联接的应变传感器而被记录。

此外，进一步调查还显示，由振荡能量耗散成热量所引起的期望振荡的衰减也是另一种影响变量，该影响变量能够在不能直接忽略不计的程度上影响用作期望频率的共振频率，或者能够同样还表示针对密度测量设备的一定交叉灵敏度。由于衰减的变化以及与其相关联的对应共振频率的变化在测量变换器在相当多的测量中完好的情形下还通过相应的待测量介质的粘度变化来确定，以这样的方式，使得特定的共振频率在粘度提高的情形下降低，不论密度是否保持恒定，因此有机会校正这样的由衰减的变化所引起的共振频率的变化。完成这一点，首先基本上通过使测量设备电子部件来确定粘度，例如，如前所述，基于激励或维持期望振荡所需的电激励功率，并且在至少一个瞬时表示该粘度的粘度测量值中并且/或者在至少一个表示取决于此的期望振荡的衰减的衰减值中反映出这一粘度，以便此后还应用粘度测量值或衰减值以及相应扩展的特性曲线函数，即也考虑到由粘度的变化所引起的共振频率的变化的特性曲线函数，来确定密度测量值。这样的基于测量在至少一个测量管中引导的介质的粘度或取决于此的期望振荡的衰减的校正的缺点尤其是，衰减不仅取决于粘度而且还在一定程度上另外取决于实际上待测量从而起初未知的介质密度。因此，通过应用借助于测量设备电子部件所生成的粘度或衰减值所确定的密度测量值实际上仍可能具有相当大的乃至在给定情形下无法容忍的测量误差。

发明内容

因而，本发明的目的是，提供借助于至少一个测量管所形成的电子振动式密度测量设备，其密度测量精度对期望振荡的衰减或者导致这种衰减的介质的粘度不具有依赖性或者仅具可忽略不计的低依赖性。

为达成该目的，本发明涉及密度测量设备，例如科氏质量流量/密度测量设备和/或密度/粘度测量设备，用于测量例如气体或者液体的可流动介质的密度，或者用于测量例如气体或者液体的在管道中流动的介质的密度，所述密度测量设备包括测量设备电子部件以及测量变换器，该测量变换器与测量设备电子部件电气连接并且具有：至少一个测量管，例如至少部分地直的和/或至少部分地弯曲的测量管；振荡激励器，例如电动力式、静电式或者压电式振荡激励器，用于激励并且维持至少一个测量管的振荡；以及第一振荡传感器，例如电动力式或者静电式第一振荡传感器，用于记录至少一个测量管的振荡。

本发明的密度测量设备的测量管具有由管壁包围的管腔，并且适于在其管腔内引导介质并且在此期间以下述方式引起振动：使得测量管以期望频率关于静止位置执行期望振荡，即机械振荡、例如弯曲振荡，所述期望频率例如由介质的密度共同确定。此外，本发明的密度测量设备的第一振荡传感器，例如沿着测量管与振荡激励器隔开的第一振荡传感器，适于记录至少一个测量管的振荡运动并且将该振荡运动转换成表示该振荡运动的第一振荡测量信号，特别是具有与期望频率对应的信号频率的第一振荡测量信号，并且测量设备电子部件适于借助于激励器信号，特别是具有即与期望频率对应的信号频率的激励器信号，来将电力供给振荡激励器，其中，振荡激励器又适于借助于激励器信号，来将所供给的电力转换成在振荡激励器的接合点上作用于至少一个测量管的驱动力，其中，所述驱动力具有引入测量管的期望分力，即随着与期望频率对应的激励频率变化并且实现期望振荡的周期性分力。在本发明的密度测量设备的情形下，测量设备电子部件此外适于借助于第一振荡测量信号以及激励器信号，以下述方式来调节驱动力，例如期望分力或其激励频率：使得在预定的相位控制间隔期间，例如在不小于10ms的相位控制间隔期间，至少一个测量管的速度响应、即至少一个测量管在接合点处作为时间的函数随着期望频率改变的振荡运动的速度与驱动力的期望分力相位偏移的相移角，例如恒定的相移角，小于-20°且大于-80°，例如小于-30°且/或大于-70°，并且/或者期望频率具有对应于大于至少一个测量管的例如最低瞬时共振频率的频率值的1.00001倍而且小于其1.001倍的频率值。基于在相位控制间隔期间存在的第一振荡测量信号，测量设备电子部件此外确定至少一个频率测量值，该频率测量值表示在所述相位控制间隔内的期望频率，以便此后应用所述频率测量值来生成表示密度的密度测量值。

在本发明的第一实施例中，测量设备电子部件适于通过改变激励器信号的信号频率，来调节驱动力或其期望分力。

在本发明的第二实施例中，测量设备电子部件适于在全部相位控制间隔期间和/或在大于10ms的持续时间期间，例如以使得所述相移角在恒定密度的情形下波动小于所述要求相位值的±1％和/或小于所述要求相位值的±2°的方式，使相移角达到预定的要求相位值。

在本发明的第三实施例中，提供的是，测量设备电子部件具有锁相回路(PLL)，例如数字锁相回路(PLL)，用于设定所述相移角。

在本发明的第四实施例中，测量设备电子部件适于例如以使得测量设备电子部件在相移角太小、即相移角被设定成小于要求相位值的情形下，减少信号频率的方式，并且以使得测量设备电子部件在相移角太大、即相移角被设定成大于要求相位值的情形下，提高信号频率的方式，改变激励器信号的信号频率，直到相移角已达到预定的要求相位值为止。

在本发明的第五实施例中，测量管适于在期望振荡的执行期间被介质以质量流量流过，例如，即以便在流动的介质中感生取决于其质量流量的科氏力，该科氏力适于引起叠加于期望振荡上并且与其频率相等的科氏振荡。

在本发明的第六实施例中，提供的是，测量变换器具有沿着测量管与第一振荡传感器隔开的第二振荡传感器，例如构造成等同于第一振荡传感器的第二振荡传感器，用于记录至少一个测量管的振荡，例如在出口侧的振荡，并且第二振荡传感器适于记录至少一个测量管的振荡运动并且将该振荡运动转换成表示该振荡运动的第二振荡测量信号；特别是即这样的方式，使得第二振荡测量信号具有对应于期望频率的信号频率。本发明的该实施例进一步演变，此外提供的是，测量设备电子部件基于第一振荡测量信号以及第二振荡测量信号两者来确定频率测量值，并且/或者测量设备电子部件还借助于第二振荡测量信号来调节期望分力。作为其替选或补充，测量管此外适于在期望振荡的执行期间被介质以质量流量流过，以便在流动的介质中感生取决于其质量流量的科氏力，该科氏力适于以下述方式引起叠加于期望振荡上并且与其频率相等的科氏振荡：使得在第一振荡测量信号与第二振荡测量信号之间存在取决于质量流量的相位差。基于第一振荡测量信号以及第二振荡测量信号两者，测量设备电子部件由此还能够生成表示质量流量的质量流量测量值，例如因为测量设备电子部件特别是在相位控制间隔期间基于第一振荡测量信号以及第二振荡测量信号而首先确定相位差测量值，该相位差测量值表示取决于质量流量的相位差，并且测量设备电子部件此后基于相位差测量值而生成质量流量测量值。

在本发明的第七实施例中，测量设备电子部件适于在相位控制间隔之外，至少暂时地，例如在密度测量设备的启动期间，并且/或者为了检查其起作用的能力，并且/或者在测量管的共振频率的变化大于1Hz之后，以下述方式调节要求分力，例如其激励频率：使得相移角达到不小于-5°且不大于+5°，例如不小于-2°且/或不大于+2°，例如使得期望分力的激励频率对应于至少一个测量管的共振频率，从而至少一个测量管的期望振荡是共振振荡。

在本发明的第八实施例中，测量设备电子部件适于在相位控制间隔之外，至少暂时地，例如在密度测量设备的启动期间，并且/或者为了检查其起作用能力，以下述方式调节期望分力，例如其激励频率：使得至少一个测量管的期望振荡有时是共振振荡，从而期望频率有时对应于至少一个测量管的共振频率。

在本发明的第九实施例中，测量变换器以微系统技术来制造。

在本发明的第十实施例中，提供的是，至少一个测量管的管壁是由硅构成。

在本发明的第十一实施例中，提供的是，至少一个测量管的管壁是由钛或钛合金构成。

在本发明的第十二实施例中，提供的是，至少一个测量管的管壁是由钽或钽合金构成。

在本发明的第十三实施例中，提供的是，至少一个测量管的管壁是由锆或锆合金构成。

在本发明的第十四实施例中，提供的是，至少一个测量管的管壁是由镍基合金构成。

在本发明的第十五实施例中，提供的是，至少一个测量管具有小于1mm的口径，例如小于0.5mm。

在本发明的第十六实施例中，提供的是，至少一个测量管的管壁是由金属构成，例如不锈钢。

在本发明的第十七实施例中，提供的是，至少一个测量管具有大于1mm口径，例如大于10mm。

在本发明的第十八实施例中，测量设备电子部件适于基于第一振荡测量信号和/或激励器信号来生成粘度测量值，该粘度测量值表示介质的粘度。

在本发明的第一进一步演变中，所述测量设备电子部件另外包括与至少一个测量管热耦合的温度传感器，该温度传感器适于记录至少一个测量管的温度并且将该温度转换成表示该温度的温度测量信号，并且测量设备电子部件此外适于借助于温度测量信号来确定表示至少一个测量管的温度的至少一个温度测量值，并且还应用温度测量值来生成密度测量值。

在本发明的第二进一步演变中，所述测量设备电子部件另外包括与至少一个测量管机械联接的应变传感器，该应变传感器适于记录至少一个测量管的应变并且将该应变转换成表示该应变的应变测量信号，并且测量设备电子部件此外适于借助于应变测量信号来确定表示至少一个测量管的应变的至少一个应变测量值，或者在至少一个测量管内、例如由于引起应变的测量变换器的变形导致的机械应力，并且还应用应变测量值来生成密度测量值。

本发明的基本思想是，提高所讨论类型的电子振动式密度测量设备的测量精度，其中，为了测量密度的目的，至少一个测量管的机械振荡以下述方式被激励为具有与瞬时共振频率不同的期望频率的期望振荡：使得速度响应与驱动力的引起期望振荡的期望分力之间的相移角在所需密度测量时间间隔内保持显著不等于零，即在控制相移角(并且为了测量实际的期望频率)对应所需的相位控制间隔期间，将相移角保持为位于范围从-20°到-80°的相位角期望间隔内的相位值，实际上保持为仍尽可能保持恒定的相位角。密度的确定因此还基于期望振荡而发生，在所述期望振荡中，共振条件实际上没有得到满足，或者期望频率具有大于频率参考值的1.00001倍而其小于其1.001倍的频率值，该频率参考值即参考共振频率的瞬时频率值，即以与相应最邻近共振频率形式的参考共振频率，例如由此弯曲振荡基本模式的共振频率。针对所述的典型情形，例如，其中与弯曲振荡基本模式对应的弯曲振荡应用作期望振荡并且弯曲振荡基本模式的共振频率例如位于1000Hz，期望频率会由此被设定于1000.01Hz至1001Hz，从而期望频率从参考共振频率增大的对应频移会例如位于0.01Hz至1Hz之间的范围内。

本发明尤其是基于以下惊人发现，即在用于测量密度并且可能用于测量质量流量的常规密度测量设备的情形下基本上避开的这一位于-20°与-80°之间的相位角期望间隔内，存在相移角，在给定的情形下还存在测量设备或者测量设备的类型特定的相移角，在该相移角处，期望频率对期望振荡的衰减或者引起该衰减的相应待测量相应介质的粘度的依赖性最小，然而在任何情况下与共振下的所述依赖性相比，所述依赖性显著较小。

此外，还已发现，在前述相位角范围内对期望振荡进行激励的情形下，实际上所述振幅与在其它情况激励功率相等的共振条件下的振幅相比可能在相当大程度上下降，即下降大于50％，尤其因为，在所讨论类型的测量变换器的情形下，用于至少一个测量管的固有弯曲振荡模式，特别也即其弯曲振荡基本模式，常规非常高的质量因数(Q)大于1000(Q>1000)，或者用于弯曲振荡模式的常规非常低的带宽(B)小于相应共振频率的百分之一，然而惊人的是，通过评估对应的科氏振荡即不是在共振条件下生成的科氏振荡，对于质量流量的测量却仍能达成很高的测量精度；惊人的甚至还有，装入常规的科氏质量流量/密度测量设备中的已确立的测量技术，即不但借助于常规的测量变换器并且还借助于这样的测量设备电子部件，该测量设备电子部件实际上为了根据对应的规范或要求值来实现本发明的目的，尤其是还针对以此实现的用于设定期望振荡的振幅和频率的控制，与常规的密度测量设备的测量设备电子部件比较地作出修改，然而所述测量设备电子部件在有关构造原理及其操作原则的其它方面能够主要对应于常规密度测量设备的测量设备电子部件。

附图说明

下面将基于在附图的图形中所示的实施例的示例更详细解释本发明以及本发明的其它有利的实施例。在所有图形中给相同的部件提供相同的附图标记；当明确要求或在其他方面显得合理时，在随后的图形中省略已经提及的附图标记。此外，由附图的图形以及从属权利要求本身还产生本发明的首先仅单独说明的方面的其它有利实施例或者进一步演变、特别是组合。附图的图形显示如下：

图1和图2示出密度测量设备的实施例的示例的侧视图和端视图，特别是适于应用在工业测量和自动化技术中的密度测量设备，该密度测量设备带有振动型的测量变换器，该测量变换器具有测量变换器外壳以及容纳于固定在测量变换器外壳上的电子部件外壳内的测量设备电子部件；

图3以框图的类型的方式示意地示出适用于根据图1和图2的密度测量设备的测量设备电子部件的实施例的示例；

图4和图5以不同的侧视图示出适用于图1和图2的密度测量设备并且具有测量管的振动型的测量变换器的实施例的示例；

图6和图7示出说明根据图4和图5的测量变换器的测量管的振荡运动的矢量图；

图8和图9示出根据图4和图5的测量变换器的测量管的振荡运动，其说明作为在测量管中引导的介质的密度和/或粘度的函数的幅频响应；

图10和图11示出根据图4和图5的测量变换器的测量管的振荡运动，其说明作为在测量管中引导的介质的密度和/或粘度的函数的相频响应；并且

图12以框图的类型的方式示意性示出适用于根据图1和图2的密度测量设备的锁相回路(PLL)的实施例的示例。

具体实施方式

图1和图2以不同的侧视图示意地示出密度测量设备，该密度测量设备用于测量在过程线(未示出)中流动的介质、特别是液体或者气体的密度，或者用于反复确定瞬时地表示密度的测量值(X_ρ)。在本发明的另一实施例中，密度测量设备此外被设置为还补充地测量介质的粘度或者确定对应表示该粘度的测量值(X_η)。作为其替选或补充，密度测量设备此外能够还适于对管道中流动的介质确定质量流量，即在可预先确定或者较早确定的测量间隔期间流动的总质量和/或质量流量，或者确定对应表示该质量流量的测量值(X_m)。

密度测量设备包括经由入口端#111以及出口端#112可连接或连接至例如体现为管道的过程线的振动型测量变换器MW，该测量变换器在操作期间相应被待测量介质流过，例如，介质诸如低粘度的液体和/或高粘度的糊状物和/或气体。测量变换器MW通常用于在相应流动的介质中产生机械反应力，即特别是取决于密度的惯性力，然而在给定的情形下还是取决于质量流量的科氏力和/或取决于粘度的摩擦力，该反应力可由传感器记录地、从而可测量地反作用于测量变换器。然后，源自这些反应力，能够测量例如介质的密度ρ，并且在给定情形下也能够测量介质的质量流量m和/或粘度η。测量变换器MW此外适于生成至少一个原始信号，该原始信号具有至少一个取决于密度的特性信号参数，特别即取决于密度的信号频率和/或取决于密度的信号幅度和/或取决于密度的相位角。

此外，密度测量设备包括与测量变换器MW电气连接的测量设备电子部件ME，特别是在操作期间外部地经由连接电缆和/或借助于内部能量储存器而供有电能的测量设备电子部件ME，用于产生表示密度的测量值(X_ρ)，或者用于将这样的测量值输出到对应的测量输出端，作为密度测量设备的当前有效测量值。测量设备电子部件ME，例如借助于至少一个微处理器和/或借助于数字信号处理器(DSP)来形成的测量设备电子部件ME，如图1所示，能够被容纳于例如密度测量设备的单个或者还在给定情况下有腔的电子部件外壳200中。所述电子部件外壳200能够取决于密度测量设备的要求而例如还被体现为抗冲击和/或防爆和/或气密密封。

如在图3中以框图的类型的方式示意地示出，测量设备电子部件ME包括用于激活测量变换器的驱动电路Exc以及处理测量变换器MW的原始信号的测量和评估电路μC，例如借助于微处理器形成并且/或者在操作期间与驱动电路Exc通信的测量和评估电路μC。测量和评估电路μC在操作期间生成表示至少密度的测量值，然而在给定情形下也生成表示瞬时或总计的质量流量和/或粘度的测量值。此外，测量设备电子部件还能够被体现成，使得关于电路构造，其对应于由例如US-B 6,311,136的以上现有技术已知的测量设备电子部件中的一个，或者例如还对应于由申请人例如在牌号“PROMASS 83F”下或者在http://www.de.endress.com/#product/83F提供的科氏质量流量/密度测量设备的测量变送器。

借助于测量设备电子部件ME所生成的测量值在这里所示的密度测量设备的情形下还能够例如被现场显示，即直接在借助于密度测量设备所形成的测量点处显示。同样也如图1所示，为使借助于密度测量设备所产生的现场测量值和/或在给定情形下在测量设备内部生成的例如提高测量精度的系统状态报告或者用信号报告不确定性的错误报告或用信号报告在密度测量设备中或在借助于密度测量设备所形成的测量点处的干扰的警报可视化，密度测量设备能够具有例如与测量设备电子部件通信的显示和服务元件HMI，在给定情形下还是便携式显示和服务元件HMI，例如在电子部件外壳200中置于其中对应设置的窗口后面的LCD、OLED或者TFT显示器以及对应的输入键盘和/或触摸屏。

在有利的方式中，例如，可(重新)编程或可远程参数化的测量设备电子部件ME还能够另外被如此设计，使得在密度测量设备的操作期间，其能够与其上级的电子数据处理系统例如可编程逻辑控制器(PLC)、个人计算机和/或工作站经由例如现场总线系统诸如例如FOUNDATION FIELDBUS或者PROFIBUS现场总线系统的数据传输系统和/或每个无线电设备无线地交换测量和/或其它操作数据，诸如当前测量值、系统诊断值、系统状态报告乃至以用于控制密度测量设备的设定的形式的值。如在图3所示的实施例的示例的情况中，特别地，测量和评估电路μC能够借助于在测量设备电子部件ME中提供的微计算机来实现，例如借助于微处理器或数字信号处理器(DSP)并且借助于在其中对应实现并且发生(transpiring)的程序代码来实现。程序代码以及用于控制密度测量设备的其它操作参数，诸如例如也是用于借助于测量设备电子部件来实现的控制器的要求值或控制算法，能够被持久存储在例如测量设备电子部件ME的非易失性数据存储器EEPROM中并且在所述非易失性数据存储器的起动时被载入易失性数据存储器RAM、例如集成于微计算机内的易失性数据存储器RAM中。可适于这样的应用的微处理器是可商业获得的作为Texas InstrumentsInc公司的TMS320VC33型的示例。

此外，测量设备电子部件ME能够被如此设计，使得其能够从外部能量供给源例如还经由前述的现场总线系统来馈电。此外，测量设备电子部件ME能够例如具有内部的能量供给电路NRG，用于提供内部供给电压U_N。内部能量供给电路NRG在操作期间由设置于前述数据处理系统中的外部能量供给源经由前述的现场总线系统来馈电。在此情形下，密度测量设备能够例如被体现为所谓的四个导体设备，在此情形下，测量设备电子部件ME的内部能量供给电路能够借助第一对线路与外部能量供给源连接，并且测量设备电子部件ME的内部通信电路能够借助第二对线路与外部数据处理电路或者外部数据传输系统连接。然而，尤其在诸如上述的US-B 7,200.503、US-B 7,792,646中所示，测量设备电子部件能够此外还被如此体现，使得其可借助于双导体连接、例如配置为4-20mA电流回路的双导体连接而与外部的电子数据处理系统连接并且通过其被供给以电能，而且将测量值传送至数据处理系统。针对将密度测量设备装配用于联接至现场总线或者其它电子通信系统的典型情形，测量设备电子部件ME、例如也在现场的测量设备电子部件ME和/或可经由通信系统(重新)编程的测量设备电子部件ME能够额外具有对应的通信界面COM，例如符合诸如IEC 61158/IEC 61784的相关行业标准的通信界面COM，用于数据通信，例如用于发送测量和/或操作数据，从而将表示密度以及在给定情况下还有粘度和质量流量的测量值、或者表示质量流量的测量值发送至上述的可编程逻辑控制器(PLC)或上级的处理控制系统，并且/或者用于接收用于密度测量设备的设定数据。

测量变换器与测量设备电子部件的电气连接能够借助于对应的连接线路来发生，该连接线路从电子部件外壳200例如经由电缆引导或馈通而延伸到测量变换器的测量变换器外壳100中并且至少部分地处于测量变换器外壳200内。在此情形下，连接线路能够至少部分被体现为至少部分地被封装成电气绝缘的电气线路，例如“双绞”线路、扁平带状电缆和/或同轴电缆的形式。作为其替选或补充，连接线路能够至少部分地还借助于电路板的导电迹线、例如柔性电路板、在给定情形下还有漆包电路板来形成；为此，还比较以上专利US-B 6,711,958和US-A 5,349,872。

图4和图5示意地示出适于实现本发明的密度测量设备的振动型的测量变换器MW的实施例的示例。测量变换器包括布置于测量变换器外壳100中并且用来实现密度的、以及在给定情况下还有粘度或质量流量的物理到电的转换的内部部分。尤其也用作气密地将测量变换器MW的内部与周围气氛隔离的保护壳并且还在给定情况下提供抗压和/或防爆的外罩的所述测量变换器外壳100能够由例如平滑或波纹不锈钢板乃至合成或塑性材料制造。此外，还如图1所示，测量变换器外壳100能够具有连接喷嘴，电子部件外壳200在紧凑构造的测量设备的情形下安装于其上。在连接喷嘴内能够此外布置有例如借助于玻璃和/或塑性灌封化合物制造的气密密封的和/或抗压的馈通，用于在测量设备电子部件与测量变换器之间延伸的电气连接线路。

为了引导流动的介质，内部部分从而以此形成的测量变换器MW原则上包括至少一个测量管10，该测量管10具有由管壁包围的管腔。在图4和图5中所示的实施例的示例中呈现的是单个的至少部分地弯曲的测量管10。至少一个测量管的管壁能够例如由金属组成，例如钛或钛合金、钽或钽合金、锆或锆合金、不锈钢、或镍基合金、乃至例如硅。如图4和图5显而易见，至少一个测量管10以振荡长度在入口侧的第一测量管端部11#与出口侧的第二测量管端部12#之间延伸，并且适于在其管腔中引导待测量的介质，并且在此期间，尤其是用于以下述方式产生取决于密度的惯性力，以致使在其振荡长度上振动：使得测量管10至少部分和/或至少有时以期望频率f_N、特别是由介质密度共同确定或者取决于介质密度的期望频率f_N，关于静止位置执行期望振荡，即机械振荡，特别是弯曲振荡，伴随着管壁的相应重复的弹性变形。在图4或图5中所示的实施例的示例中，振荡长度对应于从在管腔内延伸的假想中心或重心轴线、即穿过测量管的全部横截面的重心的假想连接线的测量管端部11#到其测量管端部12#测量的长度，在弯曲的测量管的情形下对应于测量管10的弧长。如直接由图4和图5显而易见，至少一个测量管10能够被如此形成，使得诸如在所讨论类型的测量变换器的情形下很常见地，前述的中心线位于测量变换器的假想管平面内。

在本发明的实施例中，至少一个测量管10的期望振荡被如此体现，从而使至少一个测量管10在操作期间被如此引致振动，使得测量管10在整个振荡长度上关于假想振荡轴线执行振荡运动，该假想振荡轴线与假想地连接两个测量管端部11#、12#的假想连接轴线平行或者重合。期望振荡能够例如与至少一个测量管的例如弯曲振荡基本模式的固有弯曲振荡模式的振荡形式、从而关于振荡轴线的弯曲振荡对应。至少一个测量管10能够以有利的方式此外被如此形成并且布置于测量变换器中，使得前述的连接轴线从而基本上与假想地连接测量变换器的入口端部与出口端部的测量变换器的假想纵向轴线L平行地并且在给定情况下也与纵向轴线L重合地延伸。此外，尤其是为了达到高机械耐久性的目的，同样还为了至少对于水流经的至少一个测量管10的弯曲振荡基本模式达到大于1000(Q>1000)的高质量因数Q(Q＝f_R/B)、从而达到小于弯曲振荡基本模式的瞬时共振频率f_R的百分之一的低带宽B(B＝f_R/Q)(B<0.01·f_R)的目的，测量变换器的至少一个测量管10(例如由钛、钽或锆、或者其合金、镍基合金或者不锈钢制造)以及在这种情况下在管腔内延伸的测量管10的假想中心线能够被体现为例如基本上U形或者还如图4和图5所示基本上V形。由于测量变换器MW应可应用于大量不同的应用，特别是工业测量和自动化技术的领域，此外提供，至少一个测量管能够具有大于1mm、特别是大于10mm、有时甚至大于80mm的口径(内径)。尤其是在应用以微系统技术(MEMS)制造的测量变换器的情形下，例如，即用硅或者钛制造的测量管，然而同样还如上述专利US-B 6,477,901,US-B 6,647,778或US-B 7,059,176所述，至少一个测量管的口径也能够被选择成小于1mm，特别是甚至小于0.5mm。

对于如图4和图5所示的情形，其中内部部分借助于单个测量管来形成，从而除测量管10以外没有其它测量管用于引导介质，如这里所示，测量变换器的内部部分能够此外包括反向振荡器20，该反向振荡器20与(单个的)在此弯曲的测量管10机械联接，该反向振荡器20例如还与测量管10类似地以U形或V形形成，用于使作用于内部部分的干扰影响最小化，并且还用于减少由相应的测量变换器释放到所连接的过程线的总振荡能量。所述反向振荡器20与测量管10横向隔开并且在最后限定前述的入口侧上的第一测量管端部11#的第一联接区处以及最后限定前述的出口侧上的第二测量管端部12#的第二联接区处固定至测量管10。在此基本上与测量管10平行地延伸的反向振荡器20有利地由可与测量管10在热膨胀性能方面相容的金属制成，因而诸如钢、钛或锆的金属。如图2所示，或者尤其还在上述的US-B7,360,451中提供，反向振荡器20能够例如借助于布置于测量管10的左侧和右侧的板或者还借助布置于测量管10的左侧和右侧的(盲)管道来形成。作为其替选，诸如在US-B 6,666,098所提供，反向振荡器20还能够借助于横向于测量管并且与其平行延伸的单个(盲)管来形成。如结合图4和图5明显的，在图中所示的实施例的示例中的反向振荡器20借助于第一测量管端部11#上的至少一个入口侧的第一联接器31并且借助于第二测量管端部12#上的至少一个出口侧的第二联接器32来保持，特别是联接器32与联接器31基本上相同。在此情形下，例如简单的节点板能够用作联接器31、32，所述节点板以对应的方式在入口侧和出口侧上分别紧固于测量管10和反向振荡器20。此外，诸如在图4和图5中所示的实施例的示例情形下所提供，借助在测量变换器的假想纵向轴线L的方向上彼此隔开的节点板连同反向振荡器20在入口侧和出口侧上的突出端一起形成的完全闭合的盒体或者在给定情况下还部分敞开的框架能够用作联接器31或用作联接器32。

另外如图4和图5明显地，在此所示的实施例的示例中，此外经由在入口侧上的第一联接区的区域内开口的直的第一连接管件11并且经由在出口侧上的第二联接区的区域内开口的直的第二连接管件12，特别是与第一连接管件11基本上相同的直的第二连接管件12，测量管10对应连接至供给或排出介质的过程线，其中，连接管件11在入口侧的入口端为了实践的目的形成测量变换器的入口端，并且连接管件12在出口侧的出口端形成测量变换器的出口端。以有利的方式，测量管10以及两个连接管件11和12能够被体现为一件，使得例如由常用于这样的测量变换器的材料的单个管状坯料或者半成品部件能够用于其制造，所述材料诸如不锈钢、钛、锆、钽或者其对应合金。在图4和图5中所示的实施例的示例中，此外提供，两个连接管件11和12相对于彼此以及相对于假想地连接两个联接区的测量变换器的假想纵向轴线L如此定向，使得在此借助于反向振荡器20以及测量管10所形成的内部部分能够通过两个连接管件11和12的扭曲而绕纵向轴线L做类摆运动。为此目的，两个连接管件11和12相对于彼此如此定向，使得它们基本上与假想纵向轴线L或假想振荡轴线平行地延伸，或者使得连接管件11、12基本上两者均与纵向轴线L对齐并且还彼此对齐。由于在此所示的实施例的示例中的两个连接管件11、12为了实践的目的被体现为在其整个长度上基本是直的，因此它们作为整体被定向成基本上彼此对齐并且与假想纵向轴线L对齐。特别是与测量管10相比，弯曲刚性的和扭转刚性的测量变换器外壳100特别刚性地固定至相对于第一联接区在远侧的连接管件11在入口侧的入口端并且固定至相对于第二联接区在远侧的连接管件12在出口侧的出口端，以这样的方式，使得在此借助于测量管10以及反向振荡器20所形成的整个内部部分不仅完全被测量变换器外壳100封装，而且还由于其自身质量(eigenmass)以及两个连接管件11、12的弹性作用而可振荡地保持于测量变换器外壳100中。

针对其中测量变换器MW可释放地与例如金属管道形式的过程线组装的典型的情形，在测量变换器的入口侧上设有用于连接到向测量变换器供给介质的过程线的线路段的第一连接凸缘13并且在出口侧上设有用于连接到从测量变换器移除介质的过程线的线路段的第二连接凸缘14。在此情形下，连接凸缘13、14如就所述类型的测量变换器而言很常见那样也能够末端地集成于测量变换器外壳100内，即体现为测量变换器外壳的一体部件。例如，借助于对应的锡焊、钎焊或熔焊连接，第一连接凸缘13能够在连接管件11的入口侧被布置于其入口端上，并且第二连接凸缘14能够在连接管件12的出口侧被布置于其出口端上。

为了至少一个测量管10的机械振荡的有效激励和维持，尤其是期望振荡，测量设备电子部件ME如所述包括驱动电路Exc，并且测量变换器MW包括至少一个与该驱动电路Exc电气连接的机电的振荡激励器41。至少一个在此是作用于至少一个测量管10上的单个振荡激励器的振荡激励器41能够例如被如此放置，使得还如图4和图5所示并且如就所讨论类型的测量变换器而言很常见那样，其中心地作用于测量管上，即在一半振荡长度处形成在至少一个测量管10上的区域内。在本发明的附加实施例中提供，至少一个测量管10在操作期间借助于至少一个振荡激励器41而至少有时被有效激励至期望振荡，该期望振荡主要或专门地被体现为绕假想振荡轴线的弯曲振荡。特别地，在此情形下此外提供，至少一个测量管10如就这样的带弯曲测量管的测量变换器而言很常见那样借助于振荡激励器41来激励至这样的弯曲振荡，在此情形下，至少一个例如以单侧夹紧的悬臂的方式绕振荡轴线振荡的测量管10至少部分根据固有弯曲振荡基本模式的振荡形式而弯曲，以这样的方式，使得测量管的弯曲振荡从而期望振荡在此情形下仅在限定入口侧的测量管端部11#的入口侧的联接区的区域内以及在限定出口侧的测量管端部12#的出口侧的联接区的区域内具有振荡节(oscillation node)。

在本发明的附加实施例中，振荡激励器41被体现为电动力式的振荡激励器，即以螺线管的方式构造，以这样的方式，使得振荡激励器41具有电气连接至驱动电路Exc从而电气连接至以此形成的测量设备电子部件ME的圆柱形激励器线圈，并且具有永磁衔铁，从而具有提供磁场的衔铁，并且使得该磁场与借助于激励器信号而在激励器线圈中生成的(交变)磁场以实现衔铁与激励器线圈的相对运动的方式相互作用。在借助于反向振荡器以及测量管来形成内部部分的情况下，激励器线圈能够例如被固定至反向振荡器20上，并且衔铁外部地被固定至测量管10上。然而，振荡激励器41也能够例如被体现为压电式振荡激励器或者还体现为静电式振荡激励器，即借助于电容器形成的振荡激励器，其第一电容器极板能够被固定至测量管上并且其第二电容器极板被固定至反向振荡器上，或者如尤其就借助于具有小于1mm的非常小口径的测量管所形成的测量变换器而言很常见那样固定至相应的测量变换器外壳上。

针对其中有效激励的期望振荡是测量管的弯曲振荡的所述情形，在测量变换器对应于图4和图5中所示的实施例的示例的情形下，即具有借助于测量管10以及反向振荡器20来形成的内部部分，这些能够以有利的方式被如此体现，使得测量管10执行振荡运动，该振荡运动以期望频率f_N周期性地改变测量管10与反向振荡器20之间的相对分离。在振荡激励器例如差动地同时作用于测量管以及反向振荡器两者的情形下，在此情形下，反向振荡器20也能够被激励以执行同时的悬臂振荡，例如也以这样的方式，使得其执行频率等于期望振荡的频率的振荡，例如绕与纵向轴线L平行的假想振荡轴线的弯曲振荡，所述期望振荡至少部分地即特别在借助于振荡激励器41所形成的接合点的区域内、并且/或者至少有时即在介质不流经测量管时基本上是与测量管10的相位相反的相位。在此情形下，反向振荡器20的振荡能够被体现使得它们是与期望振荡相同的模态阶次。换言之，测量管10以及反向振荡器20能够再以彼此相对振荡的音叉齿的方式运动。

驱动器电路Exc、从而以此形成的本发明的密度测量设备的测量设备电子部件此外适于生成(模拟)电激励器信号e₁并且借助于该激励器信号e₁而向振荡激励器41供给电力E_exc。激励器信号e₁能够如就所讨论类型的密度测量设备而言很常见那样至少有时是具有外加交流电压和/或外加交流电流的谐波电交变信号。为了将激励器信号设定为与待激励的期望频率对应的信号频率，数字锁相回路(PLL)能够例如被设置于驱动电路中，而决定激励力的大小的激励器信号的电流水平能够适当地例如借助于驱动电路的对应的、在给定情况下为数字的电流控制器来设定。这样的用于将测量管有效激励至预定的期望频率的锁相回路的实际构造和应用本身已为本领域的技术人员所知。激励器信号e₁的生成能够例如也基于数字控制信号e_1D来发生，首先借助于测量和评估电路μC来生成该数字控制信号e_1D，并且在操作期间例如包含在驱动电路Exc中且最终提供激励器信号e₁的功率放大器借助于该数字控制信号e_1D来操作。数字控制信号e_1D能够是例如借助于数字控制振荡器(NCO)所生成的数字信号，例如甚至是正弦数字信号。测量设备电子部件ME能够例如另外还被体现成以这样的方式来控制激励器信号，使得期望振荡具有恒定的振幅，从而也在很大程度上不取决于相应待测量介质的密度ρ或粘度η。当然，可适于设定电激励功率或者激励器信号的适当信号频率的、并且为本领域的技术人员本身所公知的、也例如由上述的US-A 4,801,897、US-A 5,024,104或US-A 6,311,136所知的其它驱动电路也能够被使用于实现本发明的密度测量设备。

振荡激励器41又用于或适于将借助于激励器信号e₁所馈送的电力E_exc转换成驱动力F，从而转换成取决于所供给的电力E_exc的力，该力在借助于振荡激励器41形成的(力)接合点上作用于至少一个测量管并且以上述方式使该测量管偏转或者激励至少一个测量管的振荡，其中(固有的矢量)驱动力F为了有目标地激励期望振荡的目的而被如此形成，使得其将期望分力F_N引入至少一个测量管10中，即随着与期望频率f_N对应的激励频率变化并且最终实现期望振荡的周期性分力。在有关这样的适于本发明的密度测量设备的驱动电路的构造和操作的补充中，参考设有诸如由申请人例如与“PROMASS F”系列的测量变换器共同销售的“PROMASS 83F”系列的测量变送器的测量设备电子部件。它们的驱动电路例如在各种情形下都被如此执行，使得相应的期望振荡被控制到恒定的振幅，由此振幅也在很大程度上不取决于密度ρ或粘度η。

为了记录测量管10的振荡，尤其是激励的期望振荡或以此对应的速度响应，测量变换器进一步包括例如借助于额外一对连接导线(未示出)而电气连接至测量设备电子部件ME的第一振荡传感器51。在此情形下，振荡传感器51适于记录至少一个测量管的振荡运动，尤其是与期望振荡对应的振荡运动或者测量管在期望频率f_N的情况下的振荡运动，并且适于将这样的振荡运动转换成表示该振荡运动且用作测量变换器的原始信号且例如具有与已记录的振荡运动的速度对应的电压或者与已记录的振荡运动对应的电流的第一振荡测量信号s₁。因为至少一个测量管10执行所述的期望振荡，从而执行具有期望频率的振荡，所以借助于振荡传感器51所生成的振荡测量信号s₁具有与期望频率对应的信号频率，或者振荡测量信号s₁例如在宽频带和/或多模态的振荡激励受到经由所连接的管道和/或经由流过的介质而外部地进入的干扰的情形下包含至少一个对应的期望信号分量，即具有与期望频率f_N对应的信号频率的周期性信号分量。振荡传感器51能够例如被体现为电动力式振荡传感器，即以螺线管的方式构造的振荡传感器，以这样的方式，使得振荡传感器51具有圆柱形传感器线圈，该圆柱形传感器线圈保持于反向振荡器20上并且同时电气连接至测量和评估电路、从而电气连接至以此形成的测量设备电子部件ME，并且该振荡传感器51具有永磁衔铁，该永磁衔铁在外部固定于测量管10上、例如通过材料结合而与其管壁连接，从而是包含磁场的衔铁，并且该磁场作为与测量管的振荡运动相关的衔铁与传感器线圈的相对运动的结果而在传感器线圈内感生可供用作振荡测量信号的(交流)电压。然而，振荡传感器51能够例如还被体现为借助于电容器所形成的电容式振荡传感器，其第一电容器极板能够被固定至测量管并且其第二电容器极板能够被固定至反向振荡器。

在本发明的附加实施例中，尤其是针对其中密度测量设备还补充地有助于测量质量流量或质量流量的已述情形，振荡传感器51被布置成沿着至少一个测量管与振荡激励器41隔开，例如以这样的方式，使得测量管以此在入口侧的振荡运动，即还如图3中示意地示出的至少一个测量管10的振荡运动能够在位于测量管端部#11与振荡激励器51之间并且与测量管端部#11和振荡激励器51两者都隔开的测量点处被记录。

还如图3所示，借助于振荡传感器51所生成的振荡测量信号s₁被馈送至测量设备电子部件ME并且那里首先被馈送至输入电路FE，该输入电路FE首先适用于预处理振荡测量信号s₁，即将其调节成适用于作为实际的密度测量的基础的数字信号处理，例如即预放大、过滤和数字化振荡测量信号s₁。在此情形下，作为输入电路FE以及测量和评估电路μC，能够被应用已于常规的密度或科氏质量流量/密度测量设备中为了转换借助于振动型的测量变换器所输送的原始信号的目的或者为了确定表示密度的测量值、在给定情况下也确定表示质量流量和/或粘度的测量值的目的所应用和建立的电路技术，例如根据上文引用的现有技术的电路技术。特别针对所述的情形，其中测量和评估电路μC尤其如在上述的US-B 6,311,136中所示或者如在前述的测量设备的测量变送器系列“PROMASS 83F”中所实现那样借助于至少一个微处理器来形成，因为被设置用于处理数字信号，测量设备电子部件此外适于借助于模数转换器A/D而将振荡信号s₁转换成对应的数字振荡测量信号s_1D并且此后以数字方式对这样的数字振荡测量信号s_1D进一步处理或对其评估。

如前所述，本发明的密度测量设备的测量设备电子部件特别适于应用振荡测量信号s₁，例如还由此获得的数字振荡测量信号s_1D，以生成或反复更新瞬时表示在测量变换器中引导的介质的密度的密度测量值X_ρ。在此情形下，确定密度测量值X_ρ能够例如考虑尤其是在用于测量密度的常规密度测量设备中所用的如下公知关系式而发生：

从而，在应用至少一个振荡测量信号s₁的情况下，首先确定瞬时期望频率f_N，并且此后将所述的瞬时期望频率f_N转换成瞬时表示密度的密度测量值X_ρ，这例如以这样的方式，使得密度测量值X_ρ至少近似和/或者至少针对待测介质具有与参考温度对应的温度的情形而满足以下条件：

因此，本发明的密度测量设备的测量和评估电路从而以此形成的测量设备电子部件ME此外尤其还适于在操作期间例如应用激励器信号e₁和/或至少一个振荡测量信号s₁来确定或反复更新表示期望频率f_N的频率测量值X_f，并且使用该频率测量值X_f用于确定密度测量值X_ρ或多个密度测量值。例如，密度测量值X_ρ或多个密度测量值能够借助于测量和评估电路基于由前述条件适当导出的计算规范来进行运算：

通过例如在制造商的工厂中执行的湿法标定的过程中，利用例如在各种情形下都保持在与所述参考温度对应的温度的、例如空气或水和/或甘油的具有不同密度的不同介质来标定密度测量设备，在运算规范中出现的测量设备特定的系数A和B能够又以本身已为本领域的技术人员所知的方式而较早被确定。

在由测量管10的固有振荡特性所引起的并且为了确定密度而激励的至少一个测量管10的期望振荡中如此改进，使得诸如图6或图7所示，借助于所谓的相量模型或者相量图，至少一个测量管10的速度响应V_N，即至少一个测量管10在接合点处作为时间的函数随着期望频率f_N而改变的振荡运动的速度，与驱动力的期望分力F_N相位偏移特定相移角

该相移角取决于实际设定的激励频率，从而取决于实际设定的期望频率f_N。由于测量管10或以此形成的内部部分天然固有的固有振荡特性或者由此引起的测量变换器的动态传递行为，上述速度响应V_N对期望分力FN的依赖性使得，针对设定激励频率如就所讨论类型的常规密度测量设备而言常见那样与至少一个测量管10的瞬时共振频率对应从而满足共振条件

的情形，相移角

约为零(图6)，并且针对未满足共振条件

的情形，例如因为设定的期望频率f_N大于至少一个测量管10的瞬时共振频率的1.00001倍同样也小于其1.001倍，然而，此外还不与至少一个测量管的其它共振频率对应，相移角

达到小于0°，即例如-50°至-70°(图7)。在应用由口径为29mm、壁厚为例如1.5mm、振荡长度为例如420mm以及作为两个测量管端部#11、#12的最短间隔测量的弦长度为305mm的不锈钢制造的测量管的情况下，至少一个测量管的与弯曲振荡基本模式对应的共振频率针对其仅填有空气从而介质的密度ρ实际上为零的情形下例如是490Hz。因此，针对这样的测量变换器的配置，在达到-50°至-70°之间的相移角

处的激励频率或期望频率能够例如处于490.05Hz与490.5Hz之间。

驱动力F或其期望分力F_N能够以本身已为本领域的技术人员所知的方式，例如关于其幅度而借助于对应调节的电激励器信号e₁的电流水平或电压水平来精确调节，或者关于其激励频率通过设定激励器信号e₁的信号频率来精确调节。因此，根据本发明的附加实施例，测量设备电子部件适于通过改变激励器信号e₁的信号频率来调节驱动力F，即尤其是其期望分力F_N。例如，针对正弦数字信号用作驱动电路的数字控制信号e_1D的上述情形，亦即在给定情况下考虑驱动电路Exc和/或至少一个振荡激励器41的实际传递行为的控制信号e_1D，能够在频率以及振幅两者方面借助于已适合于要求的期望分力的测量和评估电路μC来设定。

在用于测量密度ρ的所讨论类型的密度测量设备的情形下相应应用的期望频率f_N的特征是，其定期关系到振荡频率，在此情形下，速度响应V_N与驱动力F的期望分力F_N之间的相移角

被设定成对应地预定的要求相位值，或者相反地被设定成在相移角

已例如通过借助于测量设备电子部件连续或实质上连续或者逐步地将激励频率至少修改至预定的相位控制间隔、即锁定至实际测量的期望频率所需的相应要求相位值而被控制之后得出的对应预定的要求相位值。

在如已所述的常规密度测量设备中，通常用作共振振荡，从而这样的振荡用作期望振荡，在此情形下，相移角

达到至少约为0°或理想地正好为零，在此情形下，因此上述共振条件

得到满足(对照图6)。一方面尤其是通过借助于振荡激励器、至少一个测量管、至少一个振荡传感器以及尤其是测量和评估电路和驱动电路的测量设备电子部件作为整体形成的机电系统的动态范围，即表现为时间的函数，并且通过测量和评估电路能够基于振荡信号来确定期望频率并且生成对应的频率测量值的处理速度或更新率，相应所需的相位控制间隔的实际持续时间被确定。在所讨论类型的密度测量设备的情形下，对于频率测量值的更新率通常处于例如100Hz到例如200Hz的范围内。

因此，本发明的密度测量设备的测量设备电子部件ME此外适于借助于振荡测量信号s₁以及激励器信号e₁来调节有效激励期望振荡所需的驱动力，以这样的方式，使得在例如10ms或更长的预定的相位控制间隔

期间，相移角

被设定为预定的要求相位值

相位控制间隔

的(当然是由测量设备电子部件在操作期间反复历经(visit)的)实际所需的持续时间，一方面取决于在操作期间能够适当调节的、随时间变化的密度的期望频率的速度，并且另一方面尤其还取决于在各种情况下实际上应为单独的频率测量值记录多少个振荡周期的期望振荡，或者在各种情况下实际上应评估多少个振荡周期的振荡测量信号。

在本发明的附加实施例中，测量设备电子部件此外适于以下述方式将相移角

带入到预定的要求相位值

即将其设定成对应的相位值，或者使其保持在对应的相位值，使得相移角

在恒定密度的情形下的波动小于要求相位值

的±1％和/或小于要求相位值

的±2°，或者理想地，相移角

在全部相位控制间隔期间和/或在密度ρ没有瞬时改变的情形下保持恒定从而在要求相位值

处静止。

将相移角

控制为要求相位值

能够通过改变激励器信号e₁的信号频率直至相移角

已达到预定的要求相位值

为止而发生，即例如以这样的方式，使得测量设备电子部件在相移角

设定太小、即小于要求相位值

的情形下降低信号频率，并且以这样的方式，使得测量设备电子部件在相移角

设定太大、即大于要求相位值

的情形下提高信号频率。例如基于在振荡测量信号s₁与激励器信号e₁之间确定并且在所讨论类型的密度测量设备的测量设备电子部件中在操作期间定期在任何情况下存在的相位角，对于瞬时实际设定的相移角

的相位值又可能来自测量和评估电路μC。

要求相位值

也能够在所需情形下可变，例如为了测量另一些其它测量变量的目的，诸如在至少一个测量管10中引导的介质的粘度η，以这样的方式，使得测量设备电子部件暂时将为测量密度所预定的要求相位值

替换为为不同于测量密度的另外的设备功能所对应预定的另一要求相位值，以这样的方式，使得测量设备电子部件此后将相移角

锁定于要求的相位值。

在本发明的密度测量设备的情形下，与常规密度测量设备的情形相反，期望振荡被体现成使得相移角

为了测量确定密度所需的期望频率f_N的目的而借助于测量设备电子部件而被设定成小于-20°且大于-80°，或者反之，期望频率f_N借助于测量设备电子部件而被设定成使得期望频率f_N大于至少一个测量管的共振频率f_R的1.00001倍而且小于其1.001倍，然而此外还不对应于至少一个测量管10的其它共振频率，从而密度的确定发生在即未满足共振条件

的期望振荡中。通过应用具有这样的相移角

或这样的期望频率f_N的期望振荡，即能够几乎排除然而至少在相当大的程度(measure)上减少激励或期望频率f_N(对应于待调节或设定的相移角

)还对介质的瞬时粘度η的依赖性(如在图8或图9中基于说明速度响应V_N对所选激励频率的依赖性(振幅频率响应)的曲线或者在图10中基于说明期望频率f_N对所选相移角

的依赖性(相频响应)的曲线所示)，这种依赖性由相移角

(与要求相位值对应地设定)对抵消激励的期望振荡的瞬时衰减的依赖性引起。此外如直接从图10明显地，相移角

对瞬时而且随时间可变的衰减的依赖性在用于测量密度的所讨论类型的常规密度测量设备中优选使用的共振频率f_R的区间内尤其强，而该依赖性在相移角

较小即为负数从而在激励或期望频率f_N处于略高于共振频率f_R的频率区间内降低或实际上不再可测。反之，此外结合图8、图9和图10显而易见地，特别是共振频率f_R(尤其是迄今在用于确定密度的常规密度测量设备中(专门)用作期望频率)为了所讨论类型的密度测量设备所需的高精度测量而也能够具有对期望振荡的衰减或者导致衰减的相应介质的粘度η的定期地相当大的依赖性。

为了减少上述的相移角

对与激励的期望振荡对抗的瞬时衰减的依赖性，本发明的密度测量设备的测量设备电子部件因此还适于如此借助于振荡测量信号s₁以及激励器信号e₁来调节驱动力，特别即期望分力或其激励频率，使得相移角

还作为示例如图10示出那样基于测量变换器对于三个相互不同的密度所确定的相频响应而在相位控制间隔

期间小于-20°且大于-80°，尤其即小于-30°并且/或大于-70°，从而期望频率在相位控制间隔

期间具有大于至少一个测量管10的共振频率f_R的瞬时频率值的1.00001倍而且小于其1.001倍的频率值。此外，测量设备电子部件适于以下述方式，基于在相位控制间隔期间所获得的振荡测量信号s₁来确定至少一个频率测量值X_f，使得频率测量值X_f表示相位控制间隔

内的期望频率，并且使用该频率测量值X_f来生成密度测量值X_ρ。

适于相应测量变换器或以此形成的密度测量设备的相移角

能够例如通过计算机支持的模拟并且/或者例如用实验方法而被较早确定，尤其如图10显而易见，通过对于具有彼此不同的粘度而且还至少近似相等的密度的两个或更多个参考介质分别确定相关联的频率响应，并且基于频率响应，例如通过确定许多频率响应的交点(intersection)或者由许多这样的相邻交点所形成的平均交点，将具有对粘度最小依赖性的、如在图10中的曲线图中所示的例如为-52°的相位值设立为要求相位值

由此，根据本发明的附加实施例的测量设备电子部件此外还适于在全部相位控制间隔期间将激励器信号e1的信号频率保持在达到不小于至少一个测量管的共振频率f_R的1.0001倍、例如即最低共振频率和/或与弯曲振荡基本模式对应的共振频率，并且不大于该共振频率的1.01倍的频率值。对激励器信号的频率从而对期望频率f_N的设定能够诸如就所讨论类型的密度测量设备而言很常见那样应用设于测量设备电子部件中并且例如借助于测量和评估电路μC来实现的数字锁相回路(PLL)而发生，其中该锁相回路(PLL)利用瞬时激励或期望频率f_N与瞬时相移角

之间的前述关系式，以便使控制信号e_1D与借助于至少一个测量管10所形成的内部部分的瞬时振荡特性相符。将相移角

控制为要求相位值

能够例如如此发生，通过使锁相回路改变激励器信号e₁的信号频率，直到锁相回路基于所述的振荡测量信号s₁或应用由此所获得的数字辅助信号，诸如例如所述的数字振荡测量信号s_1D，来检测相移角

与预定的要求相位值

的一致性为止，或者通过使锁相回路一旦检测到相移角

与要求相位值

一致，便不改变激励器信号e₁的信号频率。

这样的锁相回路的构造和操作，然而尤其也是其在振动的密度测量设备中用于有效激励期望振荡或调节期望频率的应用，本身已为本领域的技术人员所知。如图12中示意地示出，适合应用于本发明的密度测量设备中来控制激励频率从而控制期望频率f_N的数字锁相回路能够具有相位比较器COMP，借助于该相位比较器COMP反复将位于第一输入端上的数字振荡测量信号s_1D的瞬时相位与反馈回第二输入端、在此形成为正弦数字信号的控制信号e_1D的瞬时相位位置执行比较，并且借助于该相位比较器COMP基于该比较生成误差信号

该误差信号信号报告位于两个输入端上的信号的相位位置是否彼此不同或信号报告彼此不同达到如何的程度，在此，所述信号即数字振荡测量信号s_1D以及数字控制信号e_1D。误差信号

再被馈送至频率控制器CTRL，该频率控制器CTRL考虑到先前已给予、例如固定编程到的频率控制器CTRL中的相位控制要求值

用来将误差信号

转换成在频率控制器CTRL的输出端上可获得并且表示瞬时输出控制信号e_1D的信号频率的数字控制值。所述的相位控制要求值

对应于数字相位值，该数字相位值基于相移角

实际所需的相位值

而被较早确定，并且确实还考虑到由密度测量设备引起的可能进一步影响，例如即由振荡激励器、至少一个振荡传感器和/或测量设备电子部件，特别是其测量和评估电路或其驱动电路引起的影响，对激励器信号e₁与至少一个振荡测量信号s₁之间的相位偏移的影响。例如，振荡激励器的构造和操作对应地被考虑到相位控制要求值

的计算中，尤其是以这样的方式，使得针对所述情形，例如振荡激励器41被体现成螺线管类型的方式，激励器信号e₁的期望激励分量具有频率和相位与期望分力F_N至少近似相等的周期性电流，同样也具有频率确实等于期望分力F_N的频率然而相位偏移90°数量级的周期性电压，或者针对振荡激励器是静电类型、即借助于电容器来形成的其它情形，激励器信号e₁的电压具有频率和相位与期望分力F_N至少近似相等的周期性电压分量，同样也具有频率确实等于期望分力F_N的频率然而相位偏移90°数量级的周期性电流。同样被考虑到运算相位控制要求值

中的尤其还有至少一个振荡传感器51的构造和操作。针对至少一个振荡传感器51被体现为螺线管类型的方式的所述情形，振荡测量信号s₁具有频率与至少一个测量管的速度响应V_N相等并且相位至少与其近似相等的周期性电压，而例如针对振荡传感器是借助于电容器来形成的其他所述情形，振荡测量信号s₁具有与至少一个测量管的速度响应的频率相等的频率，同样也具有相对于速度响应相位偏移例如+90°的周期性电流。此外，测量设备电子部件的信号传递行为尤其还通过驱动电路与振荡激励器、或者振荡传感器与输入电路FE的相互作用来确定，尤其是由此引起的测量设备电子部件的相频响应被对应地包括在相位控制要求值

的计算中，或者测量设备电子部件、尤其是所述输入电路、测量和评估电路以及驱动电路天然固有的组传播时间(group travel time)连同附加的相移，即例如所述的数字振荡测量信号s_1D相对于振荡测量信号s₁或者激励器信号e₁相对于所述的数字控制信号e_1D的传播时间有关的相位偏移对应地被算入相位控制要求值

中。实际上适合于密度测量设备的相位控制要求值

能够例如在制造商的工厂中执行的对密度测量设备的标定过程中用实验方法来测量并且此后存储在测量设备电子部件的所述非易失性存储器EEPROM中。

表示信号频率的频率控制器CTRL的上述控制值输出此外被传递至振荡器，在此为数字控制振荡器NCO，该振荡器在输出端上传递被供给驱动电路并且具有由瞬时控制值所确定的信号频率的数字控制信号e_1D。借助于如此形成的锁相回路，信号频率以及由此对应的期望频率f_N能够被保持在与预定的要求相位值

对应的频率值，或者在共振频率f_R由于在至少一个测量管10中引导的介质的密度ρ的变化而变化之后，对应变化的频率值能够被迅速调准(tune in)。如图8进一步明显地，在频率控制器CTRL的输出端上的控制值能够例如也已用作频率测量值X_f或者被供给生成密度测量值X_ρ的计算装置CALC，例如即执行上述用于确定密度测量值X_ρ运算规范(3)的并且/或者借助于由测量设备电子部件的微处理器所执行的计算例程来形成的计算装置。代替锁相回路，进一步选项当然也会使用适合于设定期望频率f_N并且本身已为本领域的技术人员所知的另一频率控制电路，例如基于激励器信号e₁与至少一个振荡测量信号s₁的互耦来操作的频率控制电路。

为了校正测量原理有关的、几乎不可避免的、确实无法直接忽略的期望频率对另外的物理影响变量的依赖性，即除密度和粘度以外的物理影响变量，尤其是介质的温度或者由此引起的测量变换器中的温度分布和/或至少一个测量管的例如弹性或可逆变形或者由此引起的测量变换器中的应力分布，或者为了补偿测量变换器对所述影响变量的可能的交叉敏感性，本发明的密度测量设备能够在需要的情形下以及诸如就所讨论类型的密度测量设备而言很常见那样还包括与至少一个测量管10热耦合的温度传感器，如图3所示，该温度传感器适于记录至少一个测量管的温度并且将该温度转换成表示该温度的温度测量信号θ1，并且/或者所述密度测量设备还包括与至少一个测量管机械联接的应变传感器，如图3所示，该应变传感器适于记录至少一个测量管的应变并且将该应变转换成表示该应变的应变测量信号(ε1)。同样地，测量设备电子部件，例如即其测量和评估电路能够适于借助于温度测量信号θ1确定表示至少一个测量管的温度的至少一个温度测量值X_θ，或者借助于应变测量信号ε1确定表示至少一个测量管的应变的至少一个应变测量值X_ε，或者确定由测量变换器的变形引起的至少一个测量管内的机械应力，以及还应用温度测量值X_θ或应变测量值X_ε来生成密度测量值X_ρ。

使用相移角

与期望频率f_N对密度和粘度的前述依赖性，另外还可能用本发明的密度测量设备作为密度补充地还确定在至少一个测量管中引导的介质的粘度η，例如因为，测量设备电子部件在相位控制间隔期间基于振荡测量信号s₁和/或激励器信号来确定至少一个衰减测量值X_D，该衰减测量值X_D表示抵消至少一个测量管的期望振荡的衰减，并且尤其如在上述的US-B 6,651,513或US-B 6,006,609中所提供那样，基于衰减测量值X_D生成表示介质的粘度η的粘度测量值X_η。替选地或补充地，粘度η能够也被确定因为，在相位控制间隔之前和/或之后，从而在已设定测量密度ρ首先需要的期望频率f_N并且基于其首先已确定对应的频率测量值X_f之前或之后，测量设备电子部件暂时如此设定激励器信号e₁，从而如此设定所述驱动力F，使得期望分力和速度响应再诸如图6中所述或所示那样满足共振条件

因而有效激励的振荡的振荡频率对应于瞬时共振频率f_R。在此基础上，测量设备电子部件能够首先确定瞬时频移Δf＝f_N-f_R，由此在相位控制间隔

间所设定的期望频率f_N与参考共振频率、即该固有振荡模式的共振频率、或者相应与在相位控制间隔期间设定的期望频率f_N最邻近的共振频率相比更大，该固有振荡模式的(本征)振荡形式对应于期望振荡，或者测量设备电子部件能够有时生成瞬时表示频移的频差测量值X_Δf。频移Δf与带宽B或者与用其瞬时共振频率f_R所激励的振荡模式的质量因数Q相关联，以这样的方式，使得频移Δf同样能够诸如带宽(B2～η)或者质量因数(Q^-2～η)那样用作对于粘度的测度，从而粘度测量值X_η能够应用频差测量值X_Δf来生成，例如基于如下公式：

因此，根据本发明的附加实施例的测量设备电子部件适于在相位控制间隔

之外，例如正好在此之前和/或正好在此之后，以下述方式至少暂时调节期望分力或其激励频率：使得相移角

达到不小于-5°且不大于+5°；特别是使得相移角

实际上达到不小于-2°且/或不大于+2°，即期望分力的激励频率如就常规密度测量设备而言也常见那样基本上对应于至少一个测量管的瞬时共振频率，从而至少一个测量管的期望振荡暂时是在相位控制间隔

之外的共振振荡。应用就本发明的密度测量设备而言仅用做附加期望频率的共振频率，尤其能够以上述方式确定至少一个测量管中引导的介质的粘度。例如在密度测量设备的起动期间和/或反复在操作期间有效激励成共振频率的期望振荡能够此外也用于在对准的情况下使测量设备电子部件适配于借助于密度测量设备与连接的管道相互作用所形成的测量点和/或在操作期间可能发生的介质的改变，例如以这样的方式，使得所述相位控制要求值

被相应微调，并且/或者在反复执行的自测试的过程中检查完整性或密度测量设备起作用的能力，例如以这样的方式，使得借助于一个或多个共振频率的测量设备电子部件从固定标准值中诊断出的显著偏差导致发出信号报告起作用的能力下降和/或测量精度下降的警告报告。此外，激励成共振频率的期望振荡也能够用来确定起始值，由测量设备电子部件对相移角

的控制能够从该起始值开始，或者在暂时太高的控制误差信号之后，例如在测量管的共振频率例如由于介质的变化而突变大于1Hz之后，或者在密度例如由于在介质中暂时形成的不均匀性诸如携带(entrain)在液体中的气泡或固体颗粒而暂时显著波动的情形下，相移角

能够从所述起始值被迅速带回要求相位值

针对在操作上设置的情形，其中待测量介质流经至少一个测量管，从而质量流量或质量流量

不等于零，测量管10在以上述方式振动、即以不同于瞬时共振频率的期望频率执行期望振荡的同时，在流过的介质中除惯性力或摩擦力之外还感生科氏力。所述科氏力又作用于测量管10上并且由此引起其可由传感器记录的附加振荡，确切而言，基本上根据比期望振荡的振荡形式更高的模态阶次的附加固有振荡形式，即具有相对更多数目的振荡节或振荡波腹。这些叠加在激励的期望振荡上并且与其频率相等的所谓科氏振荡的瞬时发展在此情形下特别与其振幅有关还特别取决于瞬时质量流量。

用作为了测量质量流量的目的而补充地评估的科氏振荡，在弯曲的测量管的情形下那么能够例如是由其与用作期望振荡的弯曲振荡补充地执行的绕假想旋转振荡轴线的旋转振荡，该假想旋转振荡轴线与振荡轴线垂直地指向并且虚拟地与至少一个测量管10在其一半振荡长度的区域内的中心线相交。

为测量质量流量

或总质量流量，根据本发明的附加实施例的测量变换器此外包括第二振荡传感器52，例如与第一振荡传感器51相同构造的第二振荡传感器52。第二振荡传感器52用来记录至少一个测量管的振荡运动并且将该振荡运动转换成表示该振荡运动并且具有对应于期望频率的信号频率的第二振荡测量信号s₂。振荡传感器52能够与振荡传感器51一样被体现为例如电动力式振荡传感器或者然而例如还被体现为通过电容方式形成的振荡传感器。针对内部部分借助于测量管10以及与其联接的反向振荡器20来形成的上述情形，振荡传感器51、52能够以有利的方式还被如此体现并且如此置于测量变换器中，使得每个振荡传感器例如以差分方式主要记录测量管10相对于所述反向振荡器20的振荡，由此振荡测量信号s₁以及振荡测量信号s2两者都表示至少一个测量管10相对于所述反向振荡器20的振荡运动。

所述振荡传感器52如就科氏质量流量/密度测量设备中所用的测量变换器而言常见那样沿着测量管10布置，从而在流动方向上与振荡传感器51在测量管10上隔开，诸如由图3、图4或图5或其组合明显地，例如以这样的方式，使得振荡传感器51被布置在入口侧上并且振荡传感器52被布置在出口侧上，从而适于记录入口侧或出口侧上的振荡运动。在如图所示的实施例的示例中，振荡传感器51和52中的每一个都另外如就所讨论类型的测量变换器而言很常见那样与至少一个测量管10的中心等间隔，或者与振荡激励器41等间隔，该振荡激励器41在此即置于一半振荡长度处的单个振荡激励器。

由于还由测量管10执行的科氏振荡，由振荡传感器51在其入口侧记录的振荡运动以及由振荡传感器52在其出口侧记录的振荡运动以下述方式具有彼此不同的相位位置：使得由此在振荡测量信号s₁与振荡测量信号s₂之间存在取决于在至少一个测量管10的管腔中流动的介质的质量流量

的传播时间差Δt或对应的相位差

从而是可测的。因此，应用这两种由振荡传感器51在相应的相位控制间隔

期间传递的振荡信号s₁以及由振荡传感器52同时传递或在相位控制间隔期间传递的振荡信号s₂，测量设备电子部件能够对密度补充地还确定在相位控制间隔期间流经测量管的介质的质量流量。在本发明的附加实施例中，测量设备电子部件因而此外还适于在相位控制间隔

期间并且基于第一振荡测量信号s₁以及第二振荡测量信号s₂两者而补充地确定相位差测量值

相位差测量值表示取决于相位控制间隔

内的质量流量

的相位差

这特别是为了此后基于相位差测量值

而生成表示质量流量或总质量流量的质量流测量值X_m。替选地或补充地，测量设备电子部件此外适于还借助于第二振荡测量信号s₂来调节期望分力F_N或相移角，特别即基于振荡测量信号s₁以及振荡测量信号s₂两者，例如以这样的方式，使得借助于振荡测量信号s₁以及振荡测量信号s₂，首先形成表示测量管10在振荡激励器的位置处或以此形成的接合点处的振荡运动的传感器和信号、或者至少相位与其相等的传感器和信号，特别是数字传感器和信号，此后将和信号作为数字振荡测量信号s_1D馈送至所述锁相回路(PLL)的相位比较器COMP的第一输入端，从而使用于锁相回路的控制。此外，还有频率测量值X_f能够应用振荡信号s₂而被确定，例如还基于振荡测量信号s₁以及振荡测量信号s₂两者。

在此应指出，尽管在图4和图5中所示的实施例的代表示例中的测量变换器仅具有单个弯曲的测量管并且至少一定程度上在其机械构造以及其作用原理方面类似于在以上的US-B 7,360,451或US-B 6,666,098中提出或者还有那些由申请人在型号“PROMASS H”、“PROMASS P”或“PROMASS S”下销售的的测量变换器，当然，在本文所讨论类型的其它测量变换器也能够用于实现本发明，尤其是具有直的和/或大于一个测量管的那些测量变换器，例如可与以上US-A 6,006,609、US-B 6,513,393、US-B 7,017,424、US-B 6,840,109、US-B6,920,798、US-A 5,796,011或US-B 7,549,319中示出的测量变换器相比的，或者例如还有那些由申请人在型号“PROMASS I”、“PROMASS E”、“PROMASS F”或“PROMASS X”下销售的的那些测量变换器(http://www.the.endress.com/#products/coriolis)。据此，测量变换器也能够具有单个的直测量管或者至少两个测量管，这两个测量管例如借助于入口侧的分流器以及出口侧的分流器、在给定情况下还补充地借助于至少一个入口侧的联接元件以及至少一个出口侧的联接元件而彼此机械联接，并且/或者构造成彼此相同和/或呈弯曲状和/或相互平行的用于引导待测量介质的测量管，所述测量管在操作期间至少有时振动以产生例如具有在共享振荡频率下的相等频率然而彼此相反的相位的原始信号，或者，测量变换器能够例如还借助于四个直的测量管或者借助于四个弯曲的测量管来形成。

Claims (26)

1.一种密度测量设备，用于测量可流动介质的密度ρ，所述密度测量设备包括：

-测量设备电子部件(ME)，以及

-测量变换器(MW)，所述测量变换器(MW)与所述测量设备电子部件(ME)电气连接并且具有：

--至少一个测量管(10)，

--振荡激励器(41)，用于激励并且维持所述至少一个测量管的期望振荡，以及

--第一振荡传感器(51)，用于记录所述测量管的振荡；

-其中，所述测量管(10)具有由管壁包围的管腔，并且适于在其管腔内引导介质并且在此期间被以下述方式引起振动：使得所述测量管以期望频率f_N关于静止位置执行期望振荡，所述期望频率f_N是由所述介质的密度共同确定的期望频率f_N，所述期望振荡即机械弯曲振荡；

-其中，所述第一振荡传感器(51)适于记录所述至少一个测量管的振荡运动并且将所述振荡运动转换成表示所述振荡运动的第一振荡测量信号(s₁)；

-其中，所述测量设备电子部件适于借助于激励器信号(e₁)来将电力供给到所述振荡激励器(41)中；

-其中，所述振荡激励器(41)适于借助于所述激励器信号(e₁)来将所供给的电力转换成作用于所述测量管的接合点上的驱动力F，所述接合点借助于所述振荡激励器形成，其中，所述驱动力具有引入所述测量管的期望分力F_N，即随着与所述期望频率对应的激励频率变化并且实现所述期望振荡的周期性分力；

-其中，所述测量设备电子部件适于借助于所述第一振荡测量信号(s₁)以及所述激励器信号(e₁)，以下述方式来调节所述驱动力：使得在预定的相位控制间隔期间，

--所述测量管的速度响应V_N，即作为时间的函数随着所述期望频率改变的、在所述测量管在所述接合点处的振荡运动的速度，与所述驱动力的所述期望分力F_N相位偏移的相移角

小于-30°且大于-70°，

其中所述期望频率对所述期望振荡的衰减的依赖性小于共振下所述期望频率对所述期望振荡的衰减的依赖性，并且

-其中，所述测量设备电子部件适于，

--基于在所述相位控制间隔期间存在的所述第一振荡测量信号(s₁)，确定至少一个频率测量值X_f，所述频率测量值表示所述相位控制间隔内的期望频率，

--并且，应用所述频率测量值X_f来生成表示密度ρ的密度测量值X_ρ，

其中，所述预定的相位控制间隔期间不小于10ms。

2.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述相移角

是恒定的。

3.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于通过改变所述激励器信号(e₁)的信号频率来调节所述驱动力(F)。

4.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于在全部相位控制间隔期间，使所述相移角

达到预定的要求相位值

5.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件具有锁相回路(PLL)，用于设定所述相移角

6.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于，改变所述激励器信号(e₁)的信号频率，直到所述相移角

已达到预定的要求相位值

7.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量管(10)适于在所述期望振荡的执行期间被介质以质量流量

流过，即以便在流动的所述介质中感生取决于其质量流量

的科氏力，所述科氏力适于引起叠加于所述期望振荡上并且与所述期望振荡频率相等的科氏振荡。

8.如权利要求1所述的密度测量设备，

-其中，所述测量变换器具有沿着所述测量管与所述第一振荡传感器隔开的第二振荡传感器(52)，用于记录所述至少一个测量管(10)的振荡，并且

-其中，所述第二振荡传感器(52)适于记录所述至少一个测量管(10)的振荡运动并且将所述振荡运动转换成表示所述振荡运动的第二振荡测量信号(s₂)，

-其中，所述第二振荡测量信号(s₂)具有对应于所述期望频率的信号频率。

9.如权利要求8所述的密度测量设备，

-其中，所述测量设备电子部件适于基于所述第一振荡测量信号(s₁)以及所述第二振荡测量信号(s₂)两者来确定所述频率测量值X_f；并且/或者

-其中，所述测量设备电子部件适于还借助于所述第二振荡测量信号(s₂)来调节所述期望分力。

10.如权利要求8所述的密度测量设备，其中，所述测量管(10)适于在所述期望振荡的执行期间被所述介质以质量流量

流过，以便在流动的所述介质中感生取决于其质量流量

的科氏力，所述科氏力适于以使得在所述第一振荡测量信号(s₁)与所述第二振荡测量信号(s₂)之间存在取决于所述质量流量

的相位差

的方式，引起叠加于所述期望振荡上并且与所述期望振荡频率相等的科氏振荡。

11.如权利要求10所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于以下述方式基于所述第一振荡测量信号(s₁)以及所述第二振荡测量信号(s₂)两者来生成表示所述质量流量

的质量流量测量值X_m，使得所述测量设备电子部件基于所述第一振荡测量信号以及所述第二振荡测量信号(s₂)来确定相位差测量值

所述相位差测量值表示取决于所述质量流量

的相位差

并且所述测量设备电子部件基于所述相位差测量值

来生成所述质量流量测量值X_m。

12.如权利要求10所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于在所述相位控制间隔期间基于所述第一振荡测量信号(s₁)以及所述第二振荡测量信号(s₂)两者来确定相位差测量值

所述相位差测量值表示取决于所述相位控制间隔内的所述质量流量

的相位差

其中，所述测量设备电子部件适于基于所述相位差测量值

来生成所述质量流量测量值X_m。

13.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于在所述相位控制间隔之外，至少暂时地，并且/或者为了检查所述密度测量设备起作用的能力，并且/或者在所述测量管的共振频率变化大于1Hz之后，以下述方式调节所述期望分力：使得所述相移角

达到不小于-5°且不大于+5°。

14.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于在所述相位控制间隔之外，至少暂时地，并且/或者为了检查所述密度测量设备起作用的能力，以下述方式调节所述期望分力：使得所述至少一个测量管的所述期望振荡有时是共振振荡，因此所述期望频率有时对应于所述至少一个测量管的共振频率。

15.如权利要求1所述的密度测量设备，

-其中，所述测量变换器是以微系统技术来产生。

16.如权利要求1所述的密度测量设备，

-其中，所述至少一个测量管的所述管壁由硅构成。

17.如权利要求1所述的密度测量设备，

-其中，所述至少一个测量管具有小于1mm的口径。

18.如权利要求1所述的密度测量设备，

-其中，所述至少一个测量管的所述管壁由金属构成。

19.如权利要求1所述的密度测量设备，

-其中，所述至少一个测量管具有大于1mm的口径。

20.如权利要求1所述的密度测量设备，进一步包括：

-与所述至少一个测量管热耦合的温度传感器，所述温度传感器适于记录所述至少一个测量管的温度并且将所述温度转换成表示所述温度的温度测量信号(θ1)，

-其中，所述测量设备电子部件适于借助于所述温度测量信号(θ1)来确定表示所述至少一个测量管的温度的至少一个温度测量值X_θ，并且

-其中，所述测量设备电子部件适于还应用所述温度测量值X_θ来生成所述密度测量值X_ρ。

21.如权利要求1所述的密度测量设备，进一步包括：

-与所述至少一个测量管机械联接的应变传感器，所述应变传感器适于记录所述至少一个测量管的应变并且将所述应变转换成表示所述应变的应变测量信号(ε1)，

-其中，所述测量设备电子部件适于借助于所述应变测量信号(ε1)来确定表示所述至少一个测量管的应变的至少一个应变测量值X_ε，或者在所述至少一个测量管内的机械应力，并且

-其中，所述测量设备电子部件适于还应用所述应变测量值X_ε来生成所述密度测量值X_ρ。

22.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于基于所述第一振荡测量信号(s₁)和/或所述激励器信号(e₁)来生成粘度测量值X_η，所述粘度测量值表示所述介质的粘度η。

23.如权利要求1所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于调节所述期望分力或其激励频率。

24.如权利要求4所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于以使得所述相移角

在恒定密度的情形下波动小于小于所述要求相位值

的±2°的方式，使所述相移角

达到预定的要求相位值

25.如权利要求13所述的密度测量设备，其中，所述期望分力的激励频率对应于所述至少一个测量管的共振频率，由此所述至少一个测量管的所述期望振荡是共振振荡。

26.如权利要求21所述的密度测量设备，其中，所述测量设备电子部件适于确定表示所述至少一个测量管的应变的至少一个应变测量值X_ε，或者在所述至少一个测量管内作为引起所述应变的所述测量变换器的变形的结果的机械应力。

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