CN107014453B - 用于运行科里奥利质量流量测量仪器的方法及对此的科里奥利质量流量测量仪器 - Google Patents

用于运行科里奥利质量流量测量仪器的方法及对此的科里奥利质量流量测量仪器 Download PDF

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Abstract

描述并且示出了一种用于运行科里奥利质量流量测量仪器（1）的方法，其具有至少一个测量管（2）以及至少一个传感器（3），其中，所述传感器（3）输出了取决于传感器（3）的温度的电的传感器信号，所述传感器（3）通过连接部（5）与其余的科里奥利质量流量测量仪器（1）进行机械耦联并且所述连接部（5）具有热阻。按本发明的方法规定，产生电的激励信号，所述激励信号被加到所述传感器（3）中，检测由所述激励信号影响的传感器信号，确定所检测的传感器信号与参考信号之间的变化并且将所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为所述热阻的变化。

Description

用于运行科里奥利质量流量测量仪器的方法及对此的科里奥 利质量流量测量仪器
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器的方法，所述科里奥利质量流量测量仪器具有至少一个测量管和至少一个传感器，其中，所述传感器输出取决于所述传感器的温度的电的传感器信号，所述传感器通过连接部与其余的科里奥利质量流量测量仪器机械地耦联并且所述连接部具有热阻。
本发明还涉及一种科里奥利质量流量测量仪器，所述科里奥利质量流量测量仪器具有至少一个测量管、至少一个传感器以及分析单元，其中，所述传感器输出取决于传感器的温度的电的传感器信号，所述传感器通过连接部与其余的科里奥利质量流量测量仪器机械地耦联并且所述连接部具有热阻。
背景技术
科里奥利质量流量测量仪器的工作原理是，由介质流动通过的测量管被激励进行振动，其中，所述测量管的以及由此也在所述测量管中流动的介质的振动方向具有至少一个与测量管中介质的流动方向垂直的分量。在测量管中流动的介质的振动的垂直的分量在流动的介质中引起了科里奥利惯性力，其反向于振动的垂直的分量作用。科里奥利惯性力引起，在分别在沿着测量管的纵轴线两个不同的测量管部位处的测量管的振动之间出现了相差，其与通过测量管的介质的质量流成正比。所述科里奥利质量流量测量仪器测量所述相差并且从中确定介质的质量流。
从实际中已知所述类型的科里奥利质量流量测量仪器，其中所述连接部已经如下地变化，使得所述传感器的测量具有偏差。这种连接部的改变能够具有不同的原因、如例如所述连接部的老化或疲劳或者外部对所述连接部的影响。
发明内容
因此，本发明的任务是说明一种用于运行科里奥利质量流量测量仪器的方法以及一种科里奥利质量流量测量仪器，其实现了对所述连接部的变化的识别。
根据第一教导，本发明涉及一种方法，其中解决了前面引出并且指明的任务。按本发明的方法的特征首先并且基本上在于，产生电的激励信号，将所述激励信号加到所述传感器中，检测由所述激励信号影响的传感器信号，确定在所检测的传感器信号与参考信号之间的变化并且将所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为所述热阻的变化。
所述传感器构造用于测量物理参数并且输出代表所述物理参数的值的取决于所述传感器的温度的电的传感器信号。所述传感器与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器通过所述连接部进行热耦联，其中，所述热耦联通过所述热阻描述。所述热耦联引起当在所述传感器的温度与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器的温度不同时，在所述传感器与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器之间进行热交换。交换的热影响所述传感器的温度并且由此也影响输出的传感器信号。虽然在所述传感器与环境大气之间也进行热交换，但是这种热交换相对于在所述传感器和所述其余的科里奥利质量流量测量仪器之间的热交换通常能够忽略。通常同样能够忽略由所述交换的热引起的对所述其余的科里奥利质量流量测量仪器的温度的影响。
在分析所述传感器信号时可以考虑所述连接部的已知的热阻，从而所述传感器的测量由于所述已知的热阻不含有偏差。然而所述热阻的变化引起所述热阻未知，由此所述传感器的测量是含有偏差的。因此，所述热阻表征所述连接部。因此，所述热阻的变化意味着所述连接部的变化，其通过按本发明的方法识别。优选地，尤其在所述变化超过规定的阈值时所述连接部的变化用信号表示。
加到所述传感器中的电的激励信号引起了所述传感器的温度的变化。所述传感器的变化的温度引起了所述传感器与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器之间的热交换，其时间上的走向表征所述热阻。因此，所述所检测的传感器信号时间上的走向基于所述传感器信号对所述传感器的温度的依赖性也表征用于所述热阻。因此，所述热阻的变化引起了所检测的传感器信号的变化。
所述激励信号如下地产生，使得所述传感器的温度在如下程度上变化，从而能够检测所述激励信号对所述传感器信号的影响。所述激励信号加到所述传感器中替代地或额外地进行用于给所述传感器供给以电能，所述传感器为了测量所述物理参数（所述传感器构造用于测量所述物理参数）而需要所述电能。
在所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化可以是不同方式的。在一个例子中，所述所检测的传感器信号和所述参考信号在热耦联不变化时是相同的并且在热耦联变化时彼此偏离。在另一例子中，所述所检测的传感器信号和所述参考信号在热耦联没有变化时已经彼此偏离并且这种偏离在热耦联变化时变化。
所述所检测的传感器信号的、表征用于所述连接部的热阻的时间上的走向反映在所述所检测的传感器信号的时间常数中。因此，在按本发明的方法的设计方案中规定，通过如下方法确定在所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化，即确定所述所检测的传感器信号的时间常数以及在所述所检测的传感器信号的时间常数和所述参考信号的时间常数之间的变化。
已经识别出，通过所述连接部的热耦联大多随着时间降低并且作为其结果所述热阻上升并且所述时间常数降低。因此，在前面的设计方案的改进方案中规定，所述所检测的传感器信号的时间常数相对于所述参考信号的时间常数的降低归为所述连接部的热阻的增加。
此外识别出，所述热耦联的变化随通过所述连接部的机械的耦联的变化出现。更确切地说，当所述热耦联下降时所述机械的耦联也下降，并且反之亦然。因此，所述方法的另一设计方案规定，在所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为通过所述连接部的机械的耦联的变化。
在前面的设计方案的改进方案中规定，所述所检测的传感器信号的时间常数相对于所述参考信号的时间常数的降低归为通过所述连接部的机械的耦联的降低。所述改进方案的前提条件是，确定在所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化，方法是确定所述所检测的传感器信号的时间常数并且确定在所述所检测的传感器信号的时间常数与所述参考信号的时间常数之间的变化。
当所述激励信号具有阶跃函数的时间上的走向时，给出了通过所述激励信号对所述所检测的传感器信号的特别有利的影响。所述激励信号的跳跃引起了在所述传感器与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器之间热平衡位置的干扰并且所述激励信号在时间方面在所述跳跃之前和之后的恒定性简化了对所述所检测的传感器信号关于所述参考信号的变化的确定，因为在所述跳跃之后没有进行通过所述激励信号另外地改变对所述传感器信号的影响。因此，另一设计方案规定，所述激励信号以具有从第一激励信号值到第二激励信号值的跳跃以及在时间方面在跳跃之前和之后的恒定的激励信号值的时间上的走向产生。
在前面的设计方案的改进方案中规定，所述激励信号如下地产生，使得所述第一激励信号值大于所述第二激励信号值。在该设计方案中，通过所述激励信号在传感器中产生的损耗功率在所述跳跃之前比在所述激励信号跳跃之后大，其中，所述损耗功率在传感器中转换成热。因此，所述传感器在所述激励信号跳跃之后通过热从传感器经由所述连接部流出到所述其余的科里奥利质量流量测量仪器而冷却。
所述传感器的电的传感器信号通过两个传感器接头输出。所述传感器优选通过所述两个传感器接头也被供给以电能，所述传感器为了测量所述物理参数（所述传感器构造用于测量所述物理参数）需要所述电能。加到所述两个传感器接头中的激励信号可以是两个电参数电流和电压之一。如果所述激励信号是电流，那么所述电流加到所述两个传感器接头之一中并且所述所检测的传感器信号是所述两个传感器接头之间的电压，其中，所述电压代表由所述激励信号对所述传感器的影响。如果所述激励信号是电压，那么所述电压加在所述两个传感器接头之间并且所述所检测的传感器信号是通过所述两个传感器接头之一的电流，其中，所述电流代表由所述激励信号对所述传感器的影响。因此，没有被加的电参数是所述传感器信号。因为电流作为用于所述传感器的激励信号来实现以及电压作为传感器信号进行测量在技术方面有利于电压作为用于所述传感器的激励信号来实现以及电流作为传感器信号进行测量，所以在另一设计方案中规定，所述激励信号作为电流被加到所述传感器中。
对于所述参考信号的获得，存在不同的替代方案。第一替代方案规定，使用所检测的传感器信号作为参考信号。在所述所检测的传感器信号的情况下确保，所述连接部处于不变化的、也就是规定的状态中。在随后所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化就意味着所述连接部从所述不变化的状态中偏离。第二替代方案的前提条件首先是，所述科里奥利质量流量测量仪器具有另外的传感器，所述另外的传感器输出取决于所述另外的传感器的温度的另外的电的传感器信号，所述另外的传感器通过另外的连接部与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器机械地耦联，并且所述另外的连接部具有另外的热阻。该第二替代方案的特征就在于，产生另外的电的激励信号，所述另外的激励信号被加到所述另外的传感器中，检测由所述另外的激励信号影响的另外的传感器信号并且将检测的另外的传感器信号用作所述参考信号。该第二替代方案的变型方案规定，所述另外的传感器与所述传感器不同。替代的或额外的变型方案规定，所述另外的激励信号相应于所述激励信号。第二替代方案能够通过如下方法得到改进，即针对所述另外的传感器实施以下方法：所述激励信号以具有从第一激励信号值到第二激励信号值的跳跃以及在时间方面在所述跳跃之前和之后恒定的激励信号值的时间上的走向产生；此外，如下地产生所述激励信号，使得所述第一激励信号值大于所述第二激励信号值；此外，所述激励信号作为电流加到所述传感器中。
根据第二教导，本发明涉及一种科里奥利质量流量测量仪器，其中解决了前面引出并且指明的任务。按本发明的科里奥利质量流量测量仪器的特征首先并且基本上在于，所述分析单元构造用于产生电的激励信号，将所述激励信号加到所述传感器中，检测由所述激励信号影响的传感器信号，确定在所检测的传感器信号与参考信号之间的变化并且将所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为所述热阻的变化。
针对按本发明的方法的实施方案相应地适用于按本发明的科里奥利质量流量测量仪器，并且反之亦然。
按本发明的科里奥利质量流量测量仪器的设计方案规定，所述科里奥利质量流量测量仪器构造用于实施按前面的设计方案、改进方案、替代方案和变型方案之一所述的方法。
按本发明的科里奥利质量流量测量仪器的另一设计方案规定，所述传感器是电阻的温度传感器、尤其是热敏电阻或者应变传感器、尤其是应变计。如果所述传感器是温度传感器，那么所述传感器构造用于测量物理参数温度并且输出代表温度的值的取决于所述传感器的温度的传感器信号。如果所述传感器是应变传感器，那么所述传感器构造用于测量物理参数应变并且输出代表应变的值的取决于所述传感器的温度的传感器信号。
所述类型的科里奥利质量流量测量仪器常常不仅具有至少一个温度传感器而且也具有至少一个应变传感器。那么适宜的是，所述应变传感器根据按本发明的方法的前面的设计方案使用作为另外的传感器用于产生所述参考信号并且所产生的参考信号结合所述温度传感器使用。
所述科里奥利质量流量测量仪器的另一设计方案规定，所述传感器通过所述连接部布置在所述测量管上。在对此的第一替代方案中规定，所述测量管优选直接与支架连接并且所述传感器布置在所述支架上。在第二替代方案中规定，所述测量管优选直接与支架连接并且至少两个传感器布置在由所述测量管和所述支架形成的主体上。
另一设计方案规定，所述连接部通过材料连接部、尤其通过粘贴部形成。对此的替代方案规定，所述连接部通过力连接部、尤其通过螺纹连接部形成。通过材料连接部形成所述连接部相对于通过力连接部形成所述连接部的优点是，所述连接部是面状的并且不是点状的。因为面状的连接部引起较小的热阻。通过力连接部的所述连接部的优点是所述传感器的可拆卸性。
附图说明
详细地给出大量可行方案，用于设计并且改进按本发明的方法以及按本发明的科里奥利质量流量测量仪器。对此参照下面的结合附图对优选的实施例的描述。附图中示出：
图1是按本发明的科里奥利质量流量测量仪器的实施例。
具体实施方式
在图1中示意性示出的按本发明的科里奥利质量流量测量仪器1具有测量管2、传感器3以及分析单元4。
所述传感器3是温度传感器并且输出取决于所述传感器3的温度θS的电的传感器信号。所述传感器通过连接部5与其余的科里奥利质量流量测量仪器1机械地耦联，其中，所述其余的科里奥利质量流量测量仪器1的温度是θU。所述连接部5通过热阻RSU表征。
所述分析单元4产生具有以下特征的激励信号。在时间上的走向中是从第一激励值到第二激励值的跳跃。在此，所述第一激励值大于所述第二激励值。所述激励值在时间方面在所述跳跃之前和之后都是恒定的。所述激励信号因此是阶跃函数。因为所述第一激励值大于所述第二激励值，所以所述传感器3在所述跳跃之后冷却。
所述分析单元4将所述激励信号作为电流加到所述传感器3中。所述激励信号将所述传感器3的温度θS提高直到所述激励信号进行跳跃的时间点，其中，所述传感器3的温度θS在所述跳跃的时间点中为θS，0。
所述分析单元4至少在所述跳跃之后的两个不同的时间点t1和t2检测由所述激励信号影响的传感器信号，并且由所检测的传感器信号确定所述传感器3在所述时间点的温度θS（t1）和θS（t2）。所述分析单元4而后形成了所述传感器3与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器1之间的温度差θD（t1）=θS（t1）-θU以及θD（t2）=θS（t2）-θU。
所检测的传感器信号与参考信号之间的变化的确定基于针对于所述传感器3冷却的能量平衡，从中导出微分方程式：
在方程式中，按顺序所述传感器3的第一个出现是其热能WS，t是时间，CS是所述传感器3的热容以及τ是所述传感器3的时间常数。所述能量平衡基于以下认识，即在所述传感器3与环境大气6之间的热交换相对于在所述传感器3与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器1之间的热交换是能够忽略的并且所述其余的科里奥利质量流量测量仪器1的温度θU是恒定的。
发现如下作为微分方程式的解：
在所述微分方程式的解中，θD.0是所述激励信号跳跃的时间点时的温度差。在所述跳跃之后，所述传感器3的温度θS因此随着时间又接近所述其余的科里奥利质量流量测量仪器1的温度θU。在此了解，能够忽略所述传感器3的温度θS通过所述传感器3被供给以电能进行的提高，所述传感器3为了测量物理参数（所述传感器构造用于测量所述物理参数）而需要所述电能。
在所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化的确定通过以下方法实现，即所述分析单元4首先确定所述所检测的传感器信号的时间常数并且而后确定在所检测的信号的时间常数与所述参考信号的时间常数之间的变化。
在此，所述分析单元4如下确定所述传感器信号的时间常数：
所述分析单元4将在所述所检测的传感器信号的时间常数与所述参考信号的时间常数之间的变化归为所述热阻RSU并且当所述变化超过阈值时输出信号。
附图标记列表
1 科里奥利质量流量测量仪器
2 测量管
3 传感器
4 分析单元
5 连接部
6 环境大气。

Claims (18)

1.用于运行科里奥利质量流量测量仪器（1）的方法，所述科里奥利质量流量测量仪器具有至少一个测量管（2）和至少一个传感器（3），其中，所述传感器（3）输出取决于所述传感器（3）的温度的电的传感器信号，所述传感器（3）通过连接部（5）与其余的科里奥利质量流量测量仪器（1）机械地耦联并且所述连接部（5）具有热阻，
其特征在于，
产生电的激励信号，所述激励信号被加到所述传感器（3）中，检测由所述激励信号影响的传感器信号，确定所检测的传感器信号与参考信号之间的变化并且将所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为所述热阻的变化。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方法确定所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化，即确定所述所检测的传感器信号的时间常数以及所述所检测的传感器信号的时间常数与所述参考信号的时间常数之间的变化。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述所检测的传感器信号的时间常数相对于所述参考信号的时间常数的降低归为所述连接部（5）的热阻的增加。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为由所述连接部（5）引起的机械的耦联的变化。
5.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述所检测的传感器信号的时间常数相对于所述参考信号的时间常数的降低归为由所述连接部（5）引起的机械的耦联的降低。
6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号以具有从第一激励信号值到第二激励信号值的跳跃以及在时间方面在所述跳跃之前和之后恒定的激励信号值的时间上的走向产生。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，如下地产生所述激励信号，使得所述第一激励信号值大于所述第二激励信号值。
8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激励信号作为电流加到所述传感器（3）中。
9.按权利要求1所述的方法，其中，所述科里奥利质量流量测量仪器（1）具有另外的传感器，所述另外的传感器输出取决于所述另外的传感器的温度的另外的电的传感器信号，所述另外的传感器通过另外的连接部与所述其余的科里奥利质量流量测量仪器（1）机械地耦联并且所述另外的连接部具有另外的热阻，其特征在于，产生另外的电的激励信号，所述另外的激励信号被加到所述另外的传感器中，检测由所述另外的激励信号影响的另外的传感器信号并且将检测的另外的传感器信号用作所述参考信号。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，按权利要求6到8中任一项所述的方法针对所述另外的传感器实施。
11.科里奥利质量流量测量仪器（1），具有至少一个测量管（2）、至少一个传感器（3）以及分析单元（4），其中，所述传感器（3）输出取决于所述传感器（3）的温度的电的传感器信号，所述传感器（3）通过连接部（5）与其余的科里奥利质量流量测量仪器（1）机械地耦联并且所述连接部（5）具有热阻，
其特征在于，
所述分析单元（4）构造用于产生电的激励信号，将所述激励信号加到所述传感器（3）中，检测由所述激励信号影响的传感器信号，确定所检测的传感器信号与参考信号之间的变化并且将所述所检测的传感器信号与所述参考信号之间的变化归为所述热阻的变化。
12.按权利要求11所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述科里奥利质量流量测量仪器（1）构造用于实施按权利要求2到10中任一项所述的方法。
13.按权利要求11或12所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述传感器（3）是电阻的温度传感器或者应变传感器。
14.按权利要求11所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述传感器（3）通过所述连接部（5）布置在所述测量管（2）上。
15.按权利要求11所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述连接部（5）通过材料连接部形成。
16.按权利要求13所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述电阻的温度传感器是热敏电阻。
17.按权利要求13所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述应变传感器是应变计。
18.按权利要求15所述的科里奥利质量流量测量仪器（1），其特征在于，所述材料连接部是粘贴部。
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