CN107110752A - 测量流体密度的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种通过至少一部分弯曲的至少一个测量管，测量流体的密度的方法。测量管被设计成允许所述流体通过，并且在流动过程中，使得所述测量管在整个工作振荡长度上，即，从第一管端到第二管端测量的管长度上振动，该管长度大于所述第二管端与所述第一管端的最小距离。根据本发明，确定表示在静态静止位置中的至少一个测量管相对于本地重力加速度的倾斜的倾斜测量，使得所述倾斜测量表示假想第一参考轴(y轴)的方向向量与假想第二参考轴(g轴)的方向向量之间的交叉角。选择第一参考轴，使得其垂直于以假想方式，连接第一管端和第二管端的假想第三参考轴(z轴)，并且指向在静态静止位置中的至少一个测量管的顶点的方向，该顶点离所述第三参考轴最远，而选择第二参考轴，使得其经过第一和第三参考轴的共同交叉点并且指向垂直方向，即，本地重力加速度的方向。倾斜测量与表示至少一个测量管的振荡频率的参数测量被用于来确定表示流体的密度的至少一个密度测量。

Description

测量流体密度的方法
技术领域
本发明涉及通过适合于流体流过并且同时导致振动的至少一个部分弯曲测量管，测量流体的密度的方法。
背景技术
在US-A 2008/0229846和US-A 20140060154中描述了用于测量流动流体的至少一个测量变量的测量系统。这些测量系统包括在操作期间，待测量的流体流过的测量传感器以及与测量传感器电耦合的电子设备。在操作期间，测量传感器记录流体的至少一个测量变量并且传送对应于测量变量的至少一个测量信号，以及测量设备-电子设备通过至少一个测量信号，生成定量地表示至少一个测量变量的至少一个测量值。待记录的测量变量能是流体的粘度、密度或质量流率。为传送待测量的流体，测量传感器包括至少部分弯曲，尤其是U或V形并且尤其适合于待测量的流体流过并且同时导致振动的至少一个测量管，以这种方式，至少一个测量管通过取决于流体的密度的期望的振荡频率，至少部分执行预期振荡，例如弯曲振荡。通过至少一个振荡传感器，至少一个测量管的相应的振荡运动逐点被记录并且被转换成至少表示至少一个测量管的振荡的至少一个振荡信号，以这种方式，振荡信号具有适当对应于期望的振荡频率的信号参数。使用至少一个振荡信号，另外对信号参数，确定至少一个参数测量值，以这种方式，参数测量值表示至少一个测量管的期望振荡频率，并且基于参数测量值，确定定量地表示测量变量的至少一个测量值。
在US-A 2008/0229846中描述的测量系统另外被用来执行为补偿随着测量传感器的安装位置的测量误差和/或至少一个测量值的振动，相对于至少一个假想参考轴(g轴)，确定测量传感器的倾斜，即垂直，例如主要垂直于测量传感器的假想流轴的测量传感器的惯性的至少一个主轴的倾斜并且由此得出，确定倾斜的测量值的方法，该测量值量化确定的倾斜与预定的参考值的偏差。此后使用倾斜的所述测量值，以便与先前表示的参数测量值一起以未详细地指定的方式，确定用于先前表示的测量变量的一个的至少一个测量值。为记录或监控测量传感器的表示，测量系统能具有倾斜传感器。选择为参考轴(g轴)是在重力加速度方向，即垂直方向中的假想落线。
发明内容
从上述技术领域开始，本发明的目的是提供一种改进方法，在该改进方法的情况下，尤其是在通过至少部分弯曲测量管，尤其是以U或V形弯曲的测量管，以及流体流过并且同时导致振动的测量管测量流体的密度的情况下，能进一步减轻时常发生的测量误差，尤其是取决于测量管的安装位置的测量误差，或在该方法的情况下，能实现与从现有技术了解的方法相比进一步改进的密度测量的精度。
为实现该目的，本发明在于一种通过至少一个至少部分弯曲的测量管，例如U或V形测量管，测量流体，例如至少有时流动的流体的密度，所述测量管适合于所述流体流过并且同时使得在整个期望振荡长度上，即，从第一管端到第二管端测量的管长度上振动，该管长度大于所述第二管端与所述第一管端的最小间隔。本发明的方法包括确定倾斜测量值，即，在静态静止位置中的至少一个测量管相对于本地重力加速度的倾斜的测量值，使得倾斜测量值表示假想第一参考轴(y轴)的方向向量和假想第二参考轴(g轴)的方向向量之间的交叉角，例如对应于与用于交叉角的角度有关的数值或用于交叉角的余弦的数值。选择第一参考轴使得垂直于假想地连接所述第一管端和所述第二管端的假想第三参考轴Z，并且指向在所述静态静止位置中，离所述第三参考轴(z轴)最远的至少一个测量管的峰的方向，而选择所述第二参考轴以通过所述第一和第三参考轴的交叉点延伸并且指向垂直方向，即本地重力加速度的方向。本发明的方法进一步包括允许流体流过所述至少一个测量管并且使所述测量管振动，以这种方式，至少一个测量管以取决于所述流体的密度的期望振荡频率，执行至少部分期望的振荡，例如弯曲振荡，以及产生表示所述至少一个测量管的至少一个振荡的至少一个振荡信号，使得所述振荡信号具有对应于期望振荡频率的至少一个信号参数，例如对应于期望振荡频率的信号频率。此外，本发明的方法包括将所述至少一个振荡信号用于确定用于所述信号参数的至少一个参数测量值，使得所述参数测量值表示所述至少一个测量管的期望振荡频率；以及同时使用所述至少一个参数测量值和倾斜测量值来确定表示所述流体的密度的至少一个密度测量值。
在本发明的第一实施例中，进一步规定确定所述密度测量值包括确定所述交叉角的余弦。
在本发明的第二实施例中，进一步规定确定所述密度测量值包括确定所述至少一个测量管的期望振荡频率的平方。
在本发明的第三实施例中，进一步规定确定所述密度测量值包括将所述至少一个参数测量值用于确定所述至少一个测量管的期望振荡频率的平方。
在本发明的第四实施例中，进一步规定确定密度测量值包括例如以角度，测量交叉角。
在本发明的第五实施例中，进一步规定确定交叉角的余弦。
在本发明的第六实施例中，进一步规定倾斜测量值例如对应于用于与角度有关的交叉角的数值。
在本发明的第七实施例中，进一步规定倾斜测量值对应于用于交叉角的余弦的数值。
在本发明的第八实施例中，进一步规定确定倾斜测量值和允许流体流过至少一个测量管同时发生。
在本发明的第九实施例中，进一步规定确定倾斜测量值和使至少一个测量管振动同时发生。
在本发明的第十实施例中，进一步规定在所述至少一个测量管上，设置组件，例如用于有源激励所述测量管的振荡的机电，例如电动激振器的线圈或永磁体，以这种方式，所述假想第一参考轴或其延长假想地与所述激振器或所述激振器的组件交叉。
在本发明的第十一实施例中，进一步规定所述至少一个测量管具有仅两个振荡波节，其中，第一振荡波节位于所述第一管端中，以及第二振荡波节位于第二管端中，因此，所述至少一个测量管具有单一振荡波腹的弯曲振荡基模。开发本发明的该实施例进一步规定使期望振荡体现为对应于弯曲振荡基模中，至少一个测量管的振荡。
在本发明的第十二实施例中，进一步规定确定所述至少一个密度测量值包括同时使用至少一个参数测量值和所述倾斜测量值以确定倾斜校正值，以这种方式，所述倾斜校正值表示所述信号参数对所述至少一个测量管的倾斜，尤其是所述交叉角γ的余弦，以及对所述流体所处的测量管的总重量的相关性。开发本发明的该实施例进一步规定例如，通过应用至少一个参数测量值，确定所述倾斜校正值包括确定所述至少一个测量管的期望振荡频率的平方，和/或例如通过应用至少一个参数测量值，确定所述至少一个测量管的期望振荡频率的四次幂。替选或补充地，确定所述密度测量值还能包括确定临时表示所述流体的密度的临时密度测量值，以这种方式，交叉角为0°的情况下的临时密度测量值表示小于所述流体的密度的密度和/或交叉角为180°的情况下的临时密度测量值表示大于所述流体的密度的密度，并且交叉角为90°的情况下，所述临时密度测量值和所述密度测量值相同。通过应用倾斜校正值，确定至少一个测量管的期望振荡频率的平方，然后减去倾斜校正值。此外，倾斜校正值能被存储在数据存储器，例如，非易失性数据存储器中，例如以便为了确定密度测量值，从数据存储器读出倾斜校正值。
在本发明的方法的第一进一步开发中，进一步包括使所述至少一个测量管处于静态静止位置，例如是以交叉角γ大于0°和/或小于180°的方式。
在本发明的方法的第二进一步开发中，进一步将倾斜测量值存储在数据存储器，例如非易失性数据存储器中。然后，将倾斜测量值用于确定密度测量值能包括从数据存储器读出倾斜测量值。
在本发明的方法的第三进一步开发中，进一步使用倾斜传感器，例如以相对于所述至少一个测量管，由此相对于所述第一和第三参考轴的固定位置关系持久保持的倾斜传感器，和/或单轴倾斜传感器，即，仅具有一个测量轴的倾斜传感器，以确定所述倾斜测量值。倾斜传感器例如能被设置成测量轴平行于第一参考轴(y轴)，或与第一参考轴重合。此外，倾斜传感器还能具有相互垂直的两个或以上测量轴。
本发明的基本原理是在确定密度的情况下，考虑由作用在至少一个测量管上的重力导致的至少一个测量管的变形，或考虑与这种变形有关的至少一个测量管的振荡特性的影响，尤其是其共振频率。尽管即使在弯曲测量管的情况下，这种变形相当小，然而，仍然能检测到由此导致的测量误差相当大，因此，有时为了确保密度测量的大于99.9％的所需的非常高的测量精度(测量误差＜0.1％)，应当适当地校正它们。令人惊喜的是，在这种情况下，已经发现通过测量上述y轴相对于垂直方向(g轴)的倾斜，正好可量化由重力影响至少一个测量管的振荡特性的程度，因此，可确定上述测量误差，相应地，通过确定y轴相对于垂直方向(g轴)的倾斜来校正。
现在，将基于附图中所示的实施例的示例，更详细地说明本发明以及其有利实施例。相同，或相同作用或相同功能的部件在所有图中具有相同的参考符号，当明确要求或者看来易察觉时，在后续图中省略使用的参考符号。本发明的第一单个所述的方面的另外的实施例的其他有利的实施例，尤其是组合从附图和/或权利要求将变得显而易见。
附图说明
附图表示如下：
图1是适合于测量密度的测量系统的水平安装位置的平面侧视图；
图2是具有以部分剖面、平面、侧视图所示的测量传感器的图1的测量系统；
图3是具有以框图的形式示意性所示的电子设备的图1的测量系统；
图4在第一倾斜安装位置中，以平面、部分剖面的侧视图示意性表示适合于图1的测量系统的测量传感器；
图5在第二倾斜安装位置中，以平面、部分剖面的侧视图示意性表示适合于图1的测量系统的测量传感器；以及
图6在第三倾斜安装位置中，以平面、部分剖面的侧视图示意性表示适合于图1的测量系统的测量传感器。
具体实施方式
在图1、2和3中示意性地示出尤其适合于用在工业测量和自动化技术并且用于测量可流动(因此，在管线，诸如管道或水槽中可引导)流体FL，例如液体、气体或分散体的密度ρ的测量系统，即，用于生成将密度顺序地表示为时间函数的多个密度测量值Xρ的测量系统。该测量系统被实现为线内测量设备，即，可插入管道(未示出)的路线中的测量系统。因此，测量系统能是除密度ρ外，还补充地测量流动流体的质量流率m的科里奥利质量流/密度测量设备和/或除密度外，还补充地测量流动流体的粘度η的密度/粘度测量设备。
为记录密度，测量系统包括可插入到管道(未示出)的路线中的振动型测量传感器MW。在操作中，待测量的流体通过测量传感器，该测量传感器具有至少一个可振荡保持、至少部分弯曲的测量管10，例如U或V形弯曲的测量管。如从图1、2和3的组合明确看出，测量传感器电连接到被容纳在电子设备壳体200中并且最后传送密度测量值Xρ的电子设备ME。
如图2示意性所示并且从图1、2和3的结合明显看出，例如，能将至少一个测量管10容纳在测量传感器壳体100中。对振动型的测量传感器的典型情形，在该情形中，测量传感器，尤其是其至少一个测量管将可拆除地与工艺管线，例如以金属管线的形式组装，诸如图1、2和3，以及图4、5和6所示并且明确从它们的组合看出，在测量传感器的入口端(100+)处，提供第一连接法兰13，用于连接到将流体供给测量传感器的工艺管线的管线段，以及在出口端(100#)处，提供第二连接法兰14，用于连接到从测量传感器去除流体的工艺管线的管线段。在这种情况下，诸如在上述类型的测量传感器的情形中常见的，连接法兰13，14还最终集成在上述测量传感器壳体100中，由此形成入口端测量传感器端100+和出口端测量传感器端100#。
至少一个测量管10具有由管壁环绕的腔，例如金属管壁，尤其被用来在尤其流体FL流过，同时在期望振荡长度，即从第一管端10′到第二管端10″测量的管长度上导致振动的腔中引导流体FL的体积部分，(由于选择的管形状)管长度大于第二管端与第一管端10′的最小间隔，因此，以这种方式，引导流体的测量管10执行至少部分振荡，即，通过期望振荡频率fN的机械振荡，即，期望振荡频率取决于密度，因此，期望振荡频率用作用于密度的度量，尤其以至少一个测量管绕静态静止位置振荡的方式。至少一个测量管的期望振荡长度在该情况下，对应于在第一管端10′和第二管端10″之间延伸的至少一个测量管的管段的拉伸长度，或对用于形成通道的假想球体系列和包围腔的管表面，在其腔内延伸的假想准线的长度。期望振荡频率fN能是例如对应于共振频率fr的振荡频率，或取决于至少一个测量管，或由此形成的测量传感器的共振频率的频率。
自然地，测量管10具有多个不同的振荡模式，尤其是仅具有两个振荡模式的弯曲振荡基模，其中，第一振荡波节定位到第一管端，而第二振荡波节定位到第二管端，因此，单振荡波腹。在弯曲振荡基模中，绕彼此假想连接的两个管端10′，10″的假想振荡轴，(以单侧夹紧的悬臂的方式)偏转至少一个测量管10，其中，假想振荡轴基本上平行于测量传感器的假想纵轴L。在本发明的另外的实施例中，选择为期望振荡的是正好在该弯曲振荡基模中的至少一个测量管的振荡，使得对应于弯曲振荡基模的本征频率的振荡频率用作期望振荡频率fN。
此外，测量传感器基于测量管10的机械振荡，用来生成表示至少一个测量管的至少一个振荡的至少一个振荡信号s1，以这种方式，振荡信号s1在激励的期望振荡的情况下，具有对应于期望振荡频率fN的至少一个信号参数，例如即，对应于期望振荡频率fN的信号频率f1。
为实现本发明，除在实施例的示例中提出并且如图2和4，5或6中所示的测量传感器外，例如，这些测量传感器能适合，诸如在上述引用的US-A 2010/0236338、US-A 2010/0242623、US-A 2010/0242624、US-A 5,602,345、US-A 5,796,011、US-B 6,513,393、US-B6,840,109、US-B 6,920,798或US-B 7,017,424、US-B 7,360,451或US-B 6,666,098中提出的，或诸如在名称“PROMASS E”、“PROMASS F”、“PROMASS H”、“PROMASS P”或“PROMASS S”下，从本申请人商业上可获得，用于测量流动流体的总质量流的密度和质量流率。根据此，测量传感器作为对测量管10的补充，还具有例如至少一个另外的测量管，尤其是与测量管10同样构成和/或平行于测量管10的测量管，使得测量传感器还能由两个或以上测量管形成。至少两个测量管通过入口端分流器和出口端分流器，在指定情况下，作为补充，通过入口和出口端耦接元件，彼此相互耦接，并且在操作期间，至少有时导致振动，用于通过共享振荡频率的相同频率，然而，相对于彼此同样相反的，由此相对于彼此变换180度的相位，产生至少一个振荡测量信号。
为有效激励至少测量管10的振动，尤其是测量密度所需的期望振荡，测量传感器MW能进一步具有与至少一个测量管10连接并且由跳进电枢(plunging armature)和线圈形成的至少一个机电，例如电动激振器41。激振器在这种情况下，尤其用来将通过至少一个电驱动信号e1输送的电激励功率转换成例如脉冲或谐波，即，基本上正弦激励力，其相应地作用在测量管10上，由此有源激励所需预期振荡。例如，能体现和设置激振器，使得如图2所示并且通常在所述类型的测量传感器的情况下，在至少一个测量管的峰的区域中作用在测量管上，使得由此产生的激励力被引入到测量管的峰的区域中。上述驱动信号如在图3中所示，能通过在电子设备ME中提供的驱动电路Exc提供。通过转换从至少一个激振器41输送的电激励功率生成的激励力以本领域的技术人员已知的方式，能通过先前所述的驱动电路Exc调整，例如关于它们的大小，通过在驱动电路中实现并且控制驱动信号的电流的振幅(电流电平)的电流控制器和/或通过控制驱动信号的电压的振幅(电压电平)的电压控制器，以及关于它们的瞬时频率，例如，通过在驱动电路Exc中实现的锁相环(PLL)。将此与例如US-A 4,801,897或US-B 6,311,136相比。最好，例如在US-A 4,801,897中描述构成和应用锁相环，用于有源激励测量管至某一期望频率。当然，还能使用适合于调整激励功率并且本领域技术人员公知的其他驱动电路，例如上述领域中的驱动电路，例如，如在US-A 4,777,833、US-A 4,801,897、US-A 4,879,911、US-A 5,009,109、US-A 5,024,104、US-A 5,050,439、US-A 5,804,741、US-A 5,869,770、US-A 6,073,495或US-A 6,311,136中所述。此外，参考将这些驱动电路应用于具有诸如可从本申请人商业获得的系列“PROMASS 83”的测量发射机以及用于测量密度的系列“PROMASS E”、“PROMASS F”、“PROMASS H”、“PROMASS P”和“PROMASS S”的测量传感器的电子设备。在任一情况下，执行它们的驱动电路，使得能将期望振荡控制到恒定振幅，由此基本上与振幅与待测量的特定流体的密度ρ和粘度η无关。
为产生振荡信号s1，根据本发明的另外的实施例，测量传感器包括至少一个振荡传感器51，例如电动振荡传感器，用来记录至少一个测量管的振荡运动以及将其转换成振荡信号s1。例如，振荡信号s1能是电气交流电压。振荡传感器51，诸如通常所述的类型的测量传感器，向外设置在与至少一个激振器41分开的至少一个测量管上并且用来输送对应于具有取决于测量管的振荡的速度的振幅(电压电平)和对应于期望频率fN的频率的振荡、以电气(交流)电压形式的振荡测量信号s1。在科里奥利质量流测量设备的应用中，此外，测量传感器能具有以流方向中，与第一振荡传感器51分开的第二振荡传感器52，其中，例如，第一振荡传感器能放在至少一个测量管的入口端上，而第二振荡传感器被设置在至少一个测量管的出口端处的第一振荡传感器的下游。此外，测量传感器能具有与至少一个测量管热耦接，例如粘接在其上的至少一个温度传感器61，用于产生用于校正对期望振荡，以及至少一个振荡信号s1的温度影响的温度测量信号θ1
进一步在电子设备ME中处理测量传感器的至少一个振荡信号s1，其中，通过至少应用至少一个振荡信号s1来确定用于对应于期望振荡频率fN的上述至少一个信号参数的至少一个参数测量值Xf，以这种方式，参数测量值表示至少一个测量管的期望振荡频率fN，以及通过应用参数测量值来确定表示流体的密度的密度测量值Xρ。在应用科里奥利质量流测量设备中，电子设备ME能进一步通过应用由测量传感器MW生成的振荡测量信号，即基于第一和第二振荡传感器51，52的振荡测量信号s1，s2之间检测的并且由在流动流体中的科里奥利力引起的相位差，递归地用来确定质量流测量值Xm，表示流过测量传感器的流体的测量质量流率m。替选地或作为补充，测量评价电路μC，诸如通常在所述的类型的测量系统的情况下，在任一情况下，被用来基于提供的电激励功率和至少一个振荡测量信号s1，确定表示流体的粘度η的粘度测量值Xη，将此与上述引用的US-B 7,284,449、US-B 7,017,424、US-B 6,910,366、US-B 6,840,109、US-A 5,576,500或US-B 6,651,513比较。为评价由测量传感器传送的信号，例如，用于生成上述测量值(Xf，Xρ，...)，如图3示意性所示，电子设备ME能具有例如通过至少一个微处理器和/或通过数字信号处理器(DSP)形成的测量评价电路μC。在该情况下，首先，通过同样在电子设备ME中提供并且连接在实际测量评价电路μC前的输入电路FE，预处理，尤其是预放大、过滤和数字化由测量传感器生成的振荡测量信号的每一个，此后，将以数字信号的形式，将其相应地转发到测量评价电路μC。用于生成测量值，尤其是密度测量值的这些评价程序，以及用于操作测量传感器的控制程序的程序代码能被例如永久地存储在电子设备ME的非易失性存储器EEPROM中，以及在启动电子设备的情况下，被加载到易失性数据存储器RAM，例如，集成在处理器中的RAM中。同样地，在操作期间，由电子设备ME生成的测量值也能保持在该易失性存储器中，在指定情况下，同样的易失性存储器中，或被加载到非易失性数据存储器中，因此保存以便后续进一步处理。
还能现场显示通过电子设备ME生成的测量值，尤其是密度测量值Xρ，然而，在指定情况下，由电子设备ME生成的质量流测量值Xm和/或粘度测量值Xη。为现场可视化内部产生测量值的测量系统，和/或在指定情况下，内部生成状态报告，诸如错误报告或警告的测量系统，如图3所示，测量系统能进一步具有与电子设备通信的显示交互元件HMI，在指定情况下，便携式HMI，诸如位于在此提供的窗口后的电子设备壳体中的LCD、OLED或TFT显示器，以及相应的输入键盘和/或触摸屏。以有利的方式，因此，电子设备ME，例如远程参数化电子设备ME能被设计成在操作测量系统期间，经由数据传输系统，例如现场总线系统，与上层的处理系统，例如可编程逻辑控制器(PLC)、个人计算机和/或工作台交换电子数据和/或根据无线电线地交换测量和/或其他操作数据，诸如用于控制测量系统的当前测量和/或系统诊断值或设定值。此外，电子设备ME还能被设计成能从外部电源，例如经由上述现场总线系统馈电。对该情形，提供测量系统，用于耦接到现场总线或另一通信系统，电子设备ME，例如现场和/或经由通信系统，(重)可编程电子设备ME能另外具有用于数据通信的相应的通信接口，例如，用于将测量和/或操作数据，由此表示至少一个测量变量的测量值发送到可编程逻辑控制器或上层的处理控制系统和/或接收用于测量系统的设置数据。特别对该情形，提供测量系统，用于耦接到现场总线或另一通信系统，此外，电子设备ME能具有根据相关的工业标准中的一个，为数据通信实现的通信接口COM。此外，电子设备ME能具有内部电源电路NRG，在操作期间，从在上述数据处理系统中提供的外部能源，经由上述现场总线系统馈电。在该情形下，此外，电子设备能被体现为可通过双绞线连接2L，例如被构造成4-20mA电流回路，与外部电子数据处理系统电气连接，并且由此提供电能以及能够将测量值传送到数据处理系统，然而，测量系统还能被体现为所谓的四导体测量设备，在这种情况下，通过第一对线，电子设备ME的内部电源电路NRG与外部电源连接，以及电子设备ME的内部通信电路COM通过第二对线与外部数据处理电路或外部数据传输系统连接。此外，以及示意性所示，电子设备ME被容纳在相应的电子设备壳体200中，例如防撞击和/或防爆和/或气密密封和/或模块化构成的电子设备壳体中。例如，电子设备壳体200能远离测量传感器设置，诸如图1所示，例如外部固定到传感器壳体100，以便将单一小型设备直接形成在测量传感器MW上，例如使用安装在传感器壳体100上的颈状连接喷嘴。在连接喷嘴内，设置气密密封和/或耐压的馈通，例如通过玻璃和/或塑料灌封料形成的馈通，用于测量传感器MW和电子设备ME的电子组件之间的电气连接线。
根据本发明的测量系统，由此实现的根据本发明的测量密度的方法被构造成为确定密度测量值Xρ，除表示至少一个振荡测量信号s1的期望频率的至少一个参数测量值外，作为补充，确定倾斜测量值Xγ，即相对于重力量的本地加速度，例如9.8m·s-2，或应用9.8m·s-2的静态静止位置中的至少一个测量管的倾斜的测量值密度测量值Xρ，并且使得进入计算密度测量值，以这种方式，至少一个参数测量值和倾斜测量值被用于确定表示流体的密度的至少一个密度测量值Xρ。根据本发明，确定倾斜测量值Xγ，因此，如图4，5和6所示，表示为假想第一参考轴y(y轴)的方向向量ey和假想第二参考轴(g轴)的方向向量eg之间的交叉角γ。在该情况下，将第一参考轴选择为垂直于假想连接第一管端和第二管端的假想第三参考轴z(z轴)，并且指向在静态静止位置中，离第三参考轴z的至少一个测量管最远的峰的方向。上述第二参考轴g反过来通过第一和第三参考轴的共享交点延伸并且指向垂直方向(eg＝g/g)，即，在重力g的本地加速度方向中。交点角γ在这种情况下，能位于从0°至180°的间隔中，因此，大于0°并且小于180°。在本发明的另外的实施例中，用于有源激励至少一个测量管的振荡的上述机电激振器的组件，即线圈或永久磁体放在至少一个测量管上，使得假想第一参考轴，或其延长假想地交叉激振器，即，激振器的组件。
通过确定和应用上述倾斜测量值，变得可以考虑并且适当地校正信号参数对至少一个测量管的倾斜的相关性，以及具有位于其中的流体的测量管的总重量，在确定密度的情况下，即取决于该倾斜，以至少一个测量管的变形的形式的相关性，即，在作用在其上的重力的影响下，交叉角γ。为此确定倾斜测量值Xγ，其对应于有关用于交叉角的角度的数值，例如对应于包含两个方向向量ey，eg的数积ey·eg(内积或点积)：
或倾斜测量值Xγ对应于用于交叉角的余弦的数值，由此根据公式：
因此，在本发明的另外的实施例中，确定倾斜测量值，因此，确定密度测量值包括确定交叉角γ的余弦，cosγ，或以角度确定交叉角。
通过考虑另外的假想轴，即，垂直于假想参考轴y(y轴)和垂直于假想参考轴z(z轴)的另外的假想轴，即，假想第四参考轴(x轴)，即，参考轴x的方向向量ex，能基于下述公式，确定交叉角γ：
或公式
其中，方向向量eh对应于包含两个方向向量ez，eg的叉积(ez×eg)的公式：
因此，通过下述公式，定义在由参考轴g和假想第三参考轴z假想限定的假想投影面(gz)内使假想第二参考轴g旋转-90°，或在投影面中使参考轴g旋转到水平位置，以及方向向量ev：
结果，第二参考轴g垂直投影到由假想第一参考轴y和假想第四参考轴x假想限定的假想投影面(xy)上。因此，例如，能将寻求的交叉角γ，或表示它的倾斜测量值Xγ能被计算为假想第三参考轴z的方向向量ez和相对于第二参考轴g，由假想第三参考轴z的位置限定的先前所示的方向向量eh之间的交叉角η的余弦(cosη)乘以假想第一参考轴y的方向向量ey与相对于假想第二参考轴g的假想第一和第二参考轴的位置限定的先前所示的方向向量ev之间的交叉角ξ的余弦(cosξ)的积(cosγ＝cosη·cosξ)。
例如，基于确定上述安装位置的计划文档，能在电子设备中，在指定情况下，在测量系统的制造商的零件上，确定并因此供给倾斜测量值。替选或补充地，确定倾斜测量值包含测量交叉角，即，将测量传感器放在其最终安装位置后现场测量，因此，至少一个测量管处于其静态静止位置。例如，通过测斜仪，例如，通过将测斜仪，例如电子，如数字测斜仪外部放在测量传感器壳体100上，例如为此提供的参考标记上以表示参考轴y轴(y轴)和/或参考轴x，y或诸如如WO A 2013/092105中提供的，将测斜仪临时固定在电子设备壳体上，同时，将其与电子设备连接，例如经由服务接口，在指定情况下，在电子设备中提供的服务接口，实现交叉角的测量。在任一情况下，此后，将由用于测量倾斜的测斜仪确定的数值，或对特定参考轴测量的方位适当地传送到电子设备，例如经由显示交互元件HMI，通过手工输入，或经由通信电路COM或经由上述服务接口的数据传输。替选或补充地，测量系统能具有其自己的倾斜传感器61，设置在测量系统中，例如在电子设备壳体200内或在测量传感器壳体100内，例如，在连接喷嘴内，并且与电子设备电气耦接以形成“板上”测斜仪，因此，确定倾斜测量值能通过应用倾斜传感器71发生。倾斜传感器71，例如，传送表示交叉角γ的余弦cosγ的传感器信号，或表示交叉角γ的余弦cosγ的数字测量值的倾斜传感器能以有利的方式固定，使得以相对于至少一个测量管10，最终相对于第一和第三参考轴的固定关系持久定位，以这种方式，倾斜传感器71的测量轴平行于第一参考轴(y轴)，或与第一参考轴(y轴)重合。倾斜传感器71例如能是单轴倾斜传感器，即，正好具有一个测量轴的倾斜传感器，同样地，倾斜传感器71也能具有相互垂直的两个或以上测量轴。在安装测量系统的情况下，尤其是具有安装位置的测量系统，例如，对应于或与图6所示的安装位置相比，方向向量eh和ev的实际定向，尤其是在不具有电子倾斜传感器的情况下，或不具有板上测斜仪的情况下，被简单地确定为参考轴y的位置。因此，有时，首先通过确定两个交叉角η，ξ，以及将其输入到测量系统的电子设备中，例如经由显示交互元件HMI，此后，基于先前所述的公式(3)或(4)中的一个，以及基于两个交叉角η，ξ，通过电子设备计算寻求的交叉角γ，或倾斜测量值Xγ，实现现场确定倾斜值。
此外，将确定的倾斜测量值Xγ以有利的方式存储在指定情况下，在电子设备ME中提供的数据存储器中，例如，持久地存储在电子设备ME的上述非易失性数据存储器(EEPROM)中。以这种方式，例如，在启动各个测量设备中，能实现现场更早确定倾斜测量值Xγ，此后，通过从数据存储器读取倾斜测量值，将读出的值用于确定密度测量值Xρ。确定倾斜测量值Xγ和允许流体流过至少一个测量管，以及确定倾斜测量值Xγ并且使至少一个测量管振动，在这种情况下，立即发生，或者，在任一情况下，同时发生，使得在操作测量系统期间，甚至递归地确定倾斜测量值Xγ。
例如，确定密度能发生，以这种方式，首先，确定仅临时表示流体的密度的临时密度测量值Xρ_prov，此后，在操作测量系统期间，通过应用基于倾斜测量值Xγ确定的倾斜校正值Xkorr，临时密度测量值Xρ_prov被递归地转换成更新密度测量值Xρ，其中，倾斜校正值Xkorr表示信号参数对至少一个测量管的倾斜，例如，即对交叉角的余弦，以及对流体所处的至少一个测量管的总重量的相关性Errf，或在临时密度测量值Xρ_prov中，由此产生的测量误差。能计算临时密度测量值Xρ_prov和倾斜校正值Xkorr，此后通过它们，基于下述公式，能获得密度测量值：
Xρ＝Xρ_prov+Xkorr (7)
使得能确定包含下述项的公式：
反过来，上述临时密度测量值Xρ_prov能是常规确定的密度测量值，例如，通过应用包含下述项的公式，确定在交叉角0°的情况下表示实际上小于流体的密度的密度的密度测量值，或在180°交叉角的情况下，表示大于流体的密度的密度的密度测量值：
能另外以有利的方式，计算临时密度测量值Xρ_prov或能以有利的方式，选择包含在先前所示的公式中的测量系统特定系数c0，c1，因此，先前，例如在校准过程中可确定的系数，使得至少在对流体确定的参考温度，在交叉角90°处，临时密度测量值和密度测量值相同。为校正临时密度测量值Xρ_prov目的确定的倾斜校正值Xkorr例如对倾斜测量值Xγ对应于与用于交叉角γ的角度有关的数值的情形，能例如基于包含下述项的公式发生：
或项：
对倾斜测量值Xγ对应于交叉角γ的余弦的其他情形，例如，基于包含下述项的公式，确定倾斜校正值Xkorr：
或项：
其中，例如，在校正过程中，通过在参考条件下，校准测量系统，同样能较早地确定测量系统特定系数c10，1或c* 10，1。
如从这些公式直接看出，确定密度测量值，例如，确定先前所述的倾斜校正值Xkorr还能包括递归确定至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2和/或递归确定至少一个测量管的期望振荡频率fN的四次幂fN 4。例如，在任一情况下，通过应用至少一个参数测量值Xf，能计算期望振荡频率fN的平方fN 2或期望振荡频率fN的四次幂fN 4。
上述应用临时但同样有缺陷的密度测量值以及后续校正临时密度测量值的替选，例如，能直接基于参数测量值Xf和倾斜测量值Xγ，或同时由此得出的倾斜校正值Xkorr，确定密度测量值，以这种方式，确定密度测量值包括基于包含下述项的公式，确定至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2，减去倾斜校正值Xkorr：
该变型带来可根据倾斜测量值Xγ描述并且正好通过倾斜测量值Xγ的知识，由特定测量系统确定倾斜校正值Xkorr的优点，以这种方式，对倾斜测量值Xγ对应于与角度有关的交叉角γ的数值的情形，对倾斜校正值Xkorr，下述公式成立：
或对倾斜测量值Xγ对应于交叉角γ的余弦的其他情形，下述公式对倾斜校正值Xkorr成立：
使得能相应地确定倾斜校正值Xkorr。因此，与倾斜测量值Xγ相同，在启动测量系统时，能适当地确定倾斜校正值Xkorr，并且在各个电子设备ME中，例如前述的非易失性数据存储器EEPROM中保存为常量，以便此后能够被读出，用于确定密度测量值。

Claims (33)

1.一种通过至少一个至少部分弯曲的测量管，尤其是U或V形测量管，测量流体，尤其是至少有时流动的流体的密度，所述测量管适合于所述流体流过并且同时使得所述测量管在整个期望振荡长度上，即，从第一管端到第二管端测量的管长度上振动，所述管长度大于所述第二管端与所述第一管端的最小间隔，所述方法包括：
-确定倾斜测量值Xγ，即，在静态静止位置中的至少一个测量管相对于本地重力加速度的倾斜的测量值，使得倾斜测量值Xγ表示假想第一参考轴(y轴)的方向向量ey和假想第二参考轴(g轴)的方向向量eg之间的交叉角γ，尤其对应于与交叉角的角度有关的数值或交叉角的余弦的数值，
--其中，所述第一参考轴垂直于假想地连接所述第一管端和所述第二管端的假想第三参考轴(z轴)，并且指向在所述静态静止位置中离所述第三参考轴(z轴)最远的至少一个测量管的峰的方向，以及
--其中，所述第二参考轴通过所述第一和第三参考轴的共享交叉点延伸并且指向垂直方向(eg＝g/g)，即本地重力加速度g的方向；
-允许流体流过所述至少一个测量管并且使所述测量管振动，使得至少一个测量管以取决于所述流体的密度的期望振荡频率fN，执行至少部分期望的振荡，尤其是弯曲振荡；
-产生表示所述至少一个测量管的至少一个振荡的至少一个振荡信号(s1)，使得所述振荡信号具有对应于期望振荡频率fN，尤其是对应于期望振荡频率fN的信号频率f1的至少一个信号参数；
-将所述至少一个振荡信号(s1)用于确定用于所述信号参数的至少一个参数测量值Xf，使得所述参数测量值表示所述至少一个测量管的期望振荡频率fN；以及
-同时使用所述至少一个参数测量值和倾斜测量值来确定表示所述流体的密度的至少一个密度测量值Xρ。
2.如在前权利要求所述的方法，进一步包括：使所述至少一个测量管处于静态静止位置，尤其是以交叉角γ大于0°和/或小于180°的方式。
3.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，确定所述密度测量值包括确定所述交叉角γ的余弦cosγ。
4.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，确定所述密度测量值包括确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2。
5.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，确定所述密度测量值包括将所述至少一个参数测量值用于确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2。
6.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，确定所述至少一个密度测量值包括同时使用至少一个参数测量值和所述倾斜测量值以确定倾斜校正值Xkorr，特别是使得所述倾斜校正值Xkorr表示所述信号参数与所述至少一个测量管的倾斜，尤其是所述交叉角γ的余弦，以及与所述流体所处的测量管的总重量的相关性Errf。
7.如权利要求6所述的方法，其中，用于确定所述密度测量值的公式包含项，
8.如权利要求6或7所述的方法，其中，确定所述倾斜校正值Xkorr包括确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2。
9.如权利要求6所述的方法，其中，确定所述倾斜校正值Xkorr包括将所述至少一个参数测量值用于确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2。
10.如权利要求6至9的任何一个所述的方法，其中，确定所述倾斜校正值Xkorr包括确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的四次幂fN 4。
11.如权利要求6至9的任何一个所述的方法，其中，确定所述倾斜校正值Xkorr包括将所述至少一个参数测量值用于确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的四次幂fN 4。
12.如权利要求6至11的任何一个所述的方法，其中，所述倾斜校正值Xkorr满足公式：
或
公式：
<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>10</mn> <mo>,</mo> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>g</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>cosX</mi> <mi>Y</mi> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mn>10</mn> <mo>,</mo> <mi>l</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>cosX</mi> <mi>Y</mi> </msub> </mrow> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
13.如权利要求6至10的任何一个所述的方法，其中，所述倾斜校正值Xkorr满足公式：
或
公式：
<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>10</mn> <mo>,</mo> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>g</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <msub> <mi>X</mi> <mi>Y</mi> </msub> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mn>10</mn> <mo>,</mo> <mi>l</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mfrac> <msub> <mi>X</mi> <mi>Y</mi> </msub> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>f</mi> <mn>4</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
14.如权利要求6至13的任何一个所述的方法，其中，确定所述密度测量值包括确定临时表示所述流体的密度的临时密度测量值Xρ_prov，特别是使得，交叉角为0°的情况下的临时密度测量值表示小于所述流体的密度的密度和/或交叉角为180°的情况下的临时密度测量值表示大于所述流体的密度的密度，并且交叉角为90°的情况下，所述临时密度测量值和所述密度测量值相同，和/或用于确定所述临时密度测量值的公式包含项：
<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>_</mo> <mi>p</mi> <mi>r</mi> <mi>o</mi> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>c</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <msub> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </msub> <msubsup> <mi>X</mi> <mi>f</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
和/或用于确定所述密度测量值的公式包含项：
Xρ_prov+Xkorr。
15.如权利要求6所述的方法，其中，所述倾斜校正值Xkorr满足公式：
Xkorr～cosXγ，或
公式：
<mrow> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>k</mi> <mi>o</mi> <mi>r</mi> <mi>r</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mn>10</mn> <mo>,</mo> <mi>l</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>g</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>cosX</mi> <mi>Y</mi> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mn>10</mn> <mo>,</mo> <mi>l</mi> <mi>l</mi> </mrow> <mo>*</mo> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>cosX</mi> <mi>Y</mi> </msub> <mo>.</mo> </mrow>
16.如权利要求6所述的方法，其中，所述倾斜校正值Xkorr满足公式：
Xkorr～Xγ，或
公式：
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17.如权利要求15或16中的一个所述的方法，其中，确定所述密度测量值包括确定所述至少一个测量管的期望振荡频率fN的平方fN 2减去所述倾斜校正值Xkorr，使得用于确定所述密度测量值的公式包含项：
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18.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，用于确定所述密度测量值的公式包含项：
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或项：
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19.如权利要求6至16的任何一个所述的方法，进一步包括：将所述倾斜校正值Xkorr存储在数据存储器，尤其是非易失性数据存储器中。
20.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，将所述倾斜校正值Xkorr用于所述确定密度测量值Xρ包括从所述数据存储器读取所述倾斜校正值Xkorr。
21.如在前任何一个权利要求所述的方法，进一步包括：将所述倾斜测量值Xγ存储在数据存储器，尤其是非易失性数据存储器(EEPROM)中。
22.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，将所述倾斜测量值用于确定所述密度测量值Xρ包括从所述数据存储器(EEPROM)读取所述倾斜测量值。
23.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，确定所述倾斜测量值Xγ包括测量所述交叉角，尤其是以角度测量所述交叉角。
24.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，确定所述倾斜测量值Xγ包括确定所述交叉角的余弦。
25.如在前任何一个权利要求所述的方法，
-其中，所述倾斜测量值Xγ对应于所述交叉角的数值，尤其是与角度有关的数值，和/或
-其中，所述倾斜测量值Xγ满足公式：
和/或
-其中，所述倾斜测量值Xγ满足公式：
其中，方向向量eh满足公式：
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以及方向向量ev满足包含假想第四参考轴(x轴)的方向向量ex的公式：
其中，所述假想第四参考轴x垂直于所述假想第一参考轴(y轴)并且垂直于所述假想第三参考轴(z轴)。
26.如权利要求1至25的任何一个所述的方法，其中，
-其中，所述倾斜测量值Xγ对应于所述交叉角的余弦的数值；和/或
-其中，所述倾斜测量值Xγ满足公式：
和/或
-其中，所述倾斜测量值Xγ满足公式：
其中，方向向量eh满足公式：
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以及方向向量ev满足包含假想第四参考轴x(x轴)的方向向量ex的公式：
其中，所述假想第四参考轴x垂直于所述假想第一参考轴(y轴)并且垂直于所述假想第三参考轴(z轴)。
27.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，同时发生确定所述倾斜测量值Xγ以及使得流体流过所述至少一个测量管。
28.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，同时发生确定所述倾斜测量值Xγ并且使所述至少一个测量管振动。
29.如在前任何一个权利要求所述的方法，进一步包括：使用倾斜传感器，尤其是以相对于所述至少一个测量管，由此相对于所述第一和第三参考轴成固定位置关系持久保持的倾斜传感器，和/或单轴倾斜传感器，即，仅具有一个测量轴的倾斜传感器，以确定所述倾斜测量值。
30.如在前任何一个权利要求所述的方法，
-其中，所述倾斜传感器具有相互垂直的两个或以上测量轴；和/或
-其中，所述倾斜传感器被设置成测量轴平行于所述第一参考轴(y轴)，尤其是与所述第一参考轴(y轴)重合。
31.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，所述至少一个测量管具有仅两个振荡波节，其中，第一振荡波节位于所述第一管端中，以及第二振荡波节位于第二管端中，因此，所述至少一个测量管具有单一振荡波腹的弯曲振荡基模。
32.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，所述至少一个测量管的期望振荡对应于所述弯曲振荡基模。
33.如在前任何一个权利要求所述的方法，其中，在所述至少一个测量管上，设置组件，尤其是用于有源激励所述测量管的振荡的机电，尤其是电动激振器的线圈或永磁体，使得所述假想第一参考轴或其延长假想与所述激振器或所述激振器的组件交叉。
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