CN107631773B - 用于运行流量测量仪器的方法和流量测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行流量测量仪器的方法和流量测量仪器。流量测量仪器用于对流动的介质通过一个管路（3）的流量进行测量，其中，所述流量测量仪器（2）具有用于确定所述流量的单个测量值（6）的测量单元（4）和用于确定所述单个测量值（6）的测量不确定性的误差单元（5），其中，对所述单个测量值（6）的确定以一个测量频率来进行。以下任务，即说明用于运行对测量品质进行改进的流量测量仪器的方法，通过以下方式来解决：对于每个单个测量值（6）由所述误差单元（5）确定一个实际测量不确定性（7），并且为了确定所述实际测量不确定性（7），将静态和动态误差源的测量不确定性通过误差传播来相互联结。

Description

用于运行流量测量仪器的方法和流量测量仪器

技术领域

本发明从用于运行流量测量仪器的方法出发，所述流量测量仪器用于对流动的介质通过一个管路的流量进行测量，其中，所述流量测量仪器具有用于确定所述流量的单个测量值的测量单元和用于确定所述单个测量值的测量不确定性的误差单元，其中，对所述单个测量值的确定以一个测量频率来进行。

此外，本发明从用于对流动的介质通过一个管路的流量进行测量的流量测量仪器出发，所述流量测量仪器带有用于确定所述流量的单个测量值的测量单元并且带有用于确定所述单个测量值的测量不确定性的误差单元，其中，对所述单个测量值的确定以一个测量频率来进行。

背景技术

对物理测量变量所进行的每个测量总是遭受测量不准确性，所述测量不准确性归因于测量仪器的缺陷和测量过程的缺陷。对测量值的测量不确定性的说明使得使用者能够评判所显示的测量值的可靠性并由此评判测量的品质。此外，对测量不确定性的说明使得能够相互比较同样测量仪器的不同的测量以及也能够比较不同测量仪器或关于基准值和标准的测量。

针对国际统一的用于确定和用于说明所述测量不确定性的操作方法的规定由“测量中不确定度表达指南”（JCGM，2008）得知。根据该手册能够以以下两种方式确定测量值的测量不确定性：

一方面能够通过统计学上的分析来进行对所述测量不确定性的确定，详细地通过确定所述测量值在一个受限的时间间隔上的标准偏差来进行对所述测量不确定性的确定。通过该方法能够确定单个测量值的统计学上的分布并由此确定统计学上的测量不确定性。在此，自动地考虑到影响所述测量值或所述测量不确定性的所有干扰变量。然而因为通过统计学上的分析对测量不确定性的确定在一个受限的时间间隔上进行，所以不能得出关于单个测量值的实际测量不确定性的更精确的结论。

另一方面也能够在理论方面观察所述测量不确定性，其中，通过以下方式来确定总测量不确定性：将彼此独立的、不同误差源的各个测量不确定性通过误差传播来相互联结。

用于显示测量值且用于确定测量不确定性的方法以及相应的测量仪器由文献US4,864,512已知。

本发明涉及流量测量技术的领域。由现有技术已知，在制造商说明书中或在测量过程期间与所述测量值共同说明一个最大测量不确定性。然而由此，测量值的可靠性总是与所说明的最大测量不确定性一样大。此外，以该方式未考虑到，外部运行参数的变化对所述测量值以及也对所述测量不确定性产生影响。

发明内容

从之前所呈现的现有技术出发，本发明的任务是：说明用于运行流量测量仪器的方法，所述流量测量仪器改进测量的品质。此外，本发明的任务是说明相应的流量测量仪器。

根据本发明的第一教导，该任务通过文章开头所提到的方法通过以下方式来解决：对于每个单个测量值由所述误差单元确定一个实际测量不确定性，并且在确定所述实际测量不确定性时，将静态和动态误差源的测量不确定性通过误差传播来相互联结。

根据本发明认识到，能够通过使每个单个测量值配属有一个实际测量不确定性来对所述测量不确定性进行实时确定。在此，对于每个单个测量值重新确定所述实际测量不确定性。由此以有利的方式考虑到，所述误差源在测量进行中也发生变化，其中，所述误差源的动态同样对所述测量不确定性的大小产生作用。

所述实际测量不确定性根据本发明通过误差传播来确定。当在对所述测量不确定性的确定时要考虑多个彼此独立的有误差的变量时，则始终要进行这种误差观察。

除了以一个测量频率确定所述单个测量值以外，根据本发明，以相同的测量频率并由此实时确定所述测量不确定性。在此，对所述实际测量不确定性的确定与对所述流量的单个测量值的确定能够基本上同时进行。替代地，也能够在时间上在确定所述流量的单个测量值之后进行对所述实际测量不确定性的确定，然而是在相同的测量频率周期之内进行对所述实际测量不确定性的确定。

在本发明的范围内，静态误差源理解为每个这样的误差源，所述误差源在测量期间考虑带有所述测量不确定性的恒定的相对或绝对值。与此相对，动态误差源是这样的误差源，所述误差源在测量期间发生变化并且所述误差源的相对或绝对测量不确定性的值同样发生变化。

根据本发明方法使得对于使用者通过准确地说明涉及单个测量值的实际测量不确定性，能够对测量的单个测量值的可靠性进行评判，由此总体上改进所述测量的品质。

按照根据本发明方法的第一设计方案，所述流量测量仪器测量所述介质的体积流量或质量流量。例如所述流量测量仪器能够是磁感应流量测量仪器或超声流量测量仪器或科里奥利流量测量仪器或涡街流量测量仪器。

按照根据本发明方法的另一个设计方案，将所述流量测量仪器的校准的测量不确定性和/或可重复性的测量不确定性和/或长时间可再现性的测量不确定性和/或直线性的测量不确定性作为静态误差源引进到对所述实际测量不确定性的确定中。对于这些测量不确定性的高低的信息通常在所述流量测量仪器的校准证明上找到。替代地，之前提到的校准的和/或可重复性和/或长时间可再现性的和/或直线性的测量不确定性也能够以试验数据为基础。

通常流量测量仪器在它投入运行之前或在它投入运行时在基准条件下、也就是说在预先给定的基准温度的基准压力下以标准介质进行校准，其中，该过程也遭受校准不确定性。该测量不确定性一方面归因于所述标准介质的误差，而另一方面归因于所述校准过程的缺陷。

直接相继进行的测量的可重复性以及所述长时间可再现性在相同的测量条件下同样经受由于待测定的介质的缺陷以及测量过程的缺陷而导致的测量不确定性。

另一个测量不确定性由对所述流量测量仪器的直线性的确定来造成。

根据另一个设计方案，将所述流量测量仪器的零点稳定性和/或至少运行参数、例如温度或压力的变化作为动态误差源引进到对所述实际测量不确定性的确定中。

根据定义，所述零点稳定性是测量仪器的这样的性能：即使在外部运行参数尤其运行温度改变的情况下也不使它的零点发生改变。温度和/或压力改变对所述流量测量仪器零点的影响通常由制造商说明书来得知。

除了使所述零点移位以外，所述运行参数、如尤其压力和/或温度的改变同样能够对所述介质本身和/或对所述流量测量仪器产生作用。优选地，至少运行参数的改变对所述测量值和/或对所述测量不确定性的作用作为试验数据存储所述误差单元中。此外，所述运行参数的改变能够通过对在基准条件下所确定的参数进行修正来考虑。

特别有利地，在确定所述流量的单个测量值的实际测量不确定性时考虑之前提到的所有误差源，由此能够得出关于以上这些的可靠的结论，所述流量的真实测量值的误差极限处于所述结论之内。

下面示例性地观察对单个测量值的实际测量不确定性的确定，其中，所述流量的单个测量值通过科里奥利-流量测量仪器来确定。

为了进行流量测量，由一个介质流过的管路或由所述介质流过的管由致动器置于振动之下。对传感器之间振动的相位差进行探测的传感器分别处于所述管的流入侧处和流出侧处，其中，所述相位差归因于质量流。该相位差与所述质量流量成比例。

通过所述管路的质量流量因此能够以以下方式来确定：

在此，

是校准系数，所述校准系数在对所述流量测量仪器进行校准的范围内在基准条件下确定，

是修正系数，所述修正系数考虑这样的情况：所述运行状态与所述校准的标准条件有所偏差，

是所述传感器之间由于所述介质流过而导致的振动的时间错位，以及

是所述传感器之间的时间错位，其中，没有介质流过所述管路（补偿）。

在对所述方程进行变换之后获得

，

其中，

是不考虑与所述基准条件的偏差时的质量流，以及

是没有介质流过时的质量流量的补偿。

现在能够根据所述误差传播如下计算所述质量流量的绝对测量不确定性：

根据以下方程得出所述质量流量的相对测量不确定性：

在此，

分别是在基准条件下运行的流量测量仪器的测量不确定性。该测量不确定性考虑所述流量测量仪器的校准的和/或可重复性的和/或长时间可再现性的和/或直线性的测量不确定性。

当所述运行状态与所述基准条件有所偏差时，所述测量不确定性

涉及所述测量仪器的零点的测量不确定性并且就此而言涉及所述零点稳定性。

所述测量不确定性

涉及基于所述运行状态与基准条件的偏差的测量不确定性。尤其，在该点上考虑动态地改变所述运行状态例如温度。

如已经阐述的，所述制造商说明书通常具有关于所述温度对所述零点稳定性

的影响方面以及关于所述压力

对所述校准系数的影响方面的信息。

如果所述介质温度为

，则基于所述温度与所述基准条件

的偏差的附加的测量不确定性

为

，

其中，

取决于所述测量值的统计学上的分布的假设，例如在直角分布下，

，并且其中，

是所述流量的测量值。如果所述介质的压力

与所述基准压力

有所偏差，则所述附加的测量不确定性为

。

然后，为了计算所述总不确定性，在所述误差传播的范围内考虑所述附加的测量不确定性。所述总不确定性能够要么作为绝对值要么作为相对值来输出。

按照根据本发明方法的另一个有利的设计方案，所述流量测量仪器具有显示单元，其中，每个单个测量值和所属的实际测量不确定性经由所述显示单元输出。

根据另一个设计方案，所述测量频率处于20和500Hz之间、优选在100Hz的范围内。由于测量频率高，以所述实际测量不确定性来确定所述流量相应于实时测量。

以有利的方式，所述流量测量仪器具有至少一个用于探测至少一个实际运行参数的附加的传感器单元，其中，所述传感器单元将所述实际运行参数的测量值至少传输到所述误差单元处。相关运行参数例如是环境温度和/或压力。这样的外部传感器单元能够例如包括PT-电阻。替代地，相应的传感器单元能够集成在所述误差单元中。

根据另一个有利的设计方案，所述流量测量仪器具有接口，至少一个实际运行参数、例如温度或压力经由所述接口来输入，并且所述接口将所述实际运行参数传输到所述误差单元处。

按照根据本发明的方法的另一个设计方案，确定一个最大测量不确定性，并且将所述实际测量不确定性与所述最大测量不确定性相比较。在高于所述最大测量不确定性时输出警告。例如所述最大测量不确定性能够在所述流量测量仪器投入运行之前或在保养之后确定。优选地，将所述警告同样传输到所述显示单元处并且由所述显示单元输出。高于最大测量不确定性能够是对所述运行状态的干扰的提示。

根据所述方法的另一个设计方案，所述流量测量仪器具有计算器，其中，所述计算器输出在时间上受限的测量过程的总流量。为此，所述计算器对测量过程的时间上的单个测量值进行求积分。此外，根据该设计方案，所述计算器优选通过由所述实际测量不确定性求加权平均值来确定对于所述测量过程的总测量不确定性并且输出该总测量不确定性。

根据本发明的第二教导，文章开头所提到的任务通过文章开头所提到的流量测量仪器通过以下方式来解决：所述误差单元如此设计，使得所述误差单元对于每个单个测量值确定一个实际测量不确定性，并且所述误差单元为了确定所述实际测量不确定性而将静态和动态误差源的测量不确定性通过误差传播来相互联结。

所述流量测量仪器的第一设计方案的突出之处在于：存在有用于输出所述单个测量值和所属的实际测量不确定性的显示单元，和/或存在有用于外部输出的接口。

根据所述流量测量仪器的另一个设计方案，存在有至少一个用于探测至少一个实际运行参数的附加的传感器单元和/或用于输入至少一个实际运行参数的接口。

按照根据本发明的流量测量仪器的另一个设计方案，存在有计算器，其中，所述计算器输出在时间上受限的测量过程的总流量。为此，所述计算器如此设计，使得所述计算器对所述流量的在时间上受限的测量过程的时间间隔上的单个测量值上进行求积分。此外，所述计算器如此设计，使得所述计算器在考虑所述实际测量不确定性的情况下输出对于所述测量过程的总测量不确定性。例如所述计算器将所述总测量不确定性作为所述实际测量不确定性的加权平均值来确定。

按照根据本发明流量测量仪器的另一个设计方案，所述流量测量仪器如此设计，使得所述流量测量仪器在运行状态下实施之前所述的方法。

附图说明

现在详细地有多个对根据本发明方法和流量测量仪器进行设计和改进的可行方案。为此不仅参考独立权利要求下属的权利要求而且参考接下来结合附图对有利的实施例的说明。在附图中示出

图1 根据本发明方法的一个实施例，以及

图2 根据本发明流量测量仪器的一个实施例。

具体实施方式

图1中示出用于运行流量测量仪器2的根据本发明的方法1的一个实施例，所述流量测量仪器用于对流动的介质通过一个管路3的流量进行测量，其中，所述流量测量仪器2具有用于确定所述流量的单个测量值6的测量单元4和用于确定所述单个测量值6的实际测量不确定性7的误差单元5，并且其中，所述单个测量值6的确定以100Hz的测量频率来进行。此外，所述流量测量仪器2具有用于显示所述单个测量值6和所属的实际测量不确定性7的显示单元8和用于探测运行参数、温度和压力的传感器单元9。最后，所述流量测量仪器2也具有计算器10，所述计算器对一个受限的时间间隔上、即一个时间上受限的测量过程期间的单个测量值6进行求积分，并因而输出在时间上受限的测量过程的总流量，并且其中，所述计算器通过对所述实际测量不确定性7求加权平均值来输出对于所述总流量的总测量不确定性。

在第一步骤11中，通过所述测量单元4对所述流量进行确定。同时，由所述传感器单元9测量相关运行参数，并且将所述运行参数的测量值传输12到所述误差单元5处。在下一个步骤13中，所述误差单元5对于所述流量的单个测量值6确定一个实际测量不确定性7。为此，在所述误差单元5中存储有这样的测量不确定性，所述测量不确定性基于校准、可重复性、长时间可再现性和直线性来产生。这些测量不确定性通过误差传播与由温度和压力变化而产生的测量不确定性相联结。为此，将所述流量的单个测量值6递交到所述误差单元5处。然后将所确定的实际测量不确定性7与在将所述流量测量仪器投入运行之前所确定的最大测量不确定性相比较14。只要所述实际测量不确定性7高于所述最大测量不确定性，则输出警告。

在高于所述最大测量不确定性的情况下，不仅所述流量的单个测量值6而且所属的实际测量不确定性7以及警告被传输到所述显示单元8处，并且由该显示单元输出15。对于使用者而言以该方式可行的是，个别地对所输出的单个测量值6的可靠性进行评判，由此显著改进所述测量的品质。

此外，不仅所述单个测量值6而且所述实际测量不确定性7被递交16到所述计算器10处，所述计算器以上面描述的方式考虑这些值以确定总流量和总测量不确定性。

图2中示意性示出用于对流动的介质通过一个管路3的流量进行测量的流量测量仪器2，所述流量测量仪器带有用于确定所述流量的单个测量值6的测量单元4并且带有用于确定所述单个测量值的测量不确定性的误差单元5，其中，对所述单个测量值6确定以100Hz的测量频率来进行。在此，如此设计所述误差单元5，使得所述误差单元对于每个单个测量值6确定一个实际测量不确定性7。此外，误差单元5为了确定所述实际测量不确定性7而通过误差传播不仅考虑静态误差源而且考虑动态误差源。

此外，所述流量测量仪器具有显示单元8，不仅所述单个测量值6而且所属的实际测量不确定性7递交到所述显示单元处，其中，所述显示单元8如此设计，使得所述显示单元输出所述单个测量值6和所属的实际测量不确定性7。

所示出的流量测量仪器2允许基于对所述单个测量6的测量不确定性的改进的说明来评判所述单个测量6的可靠性，由此总体上改进所述测量的品质。

附图标记列表

1 用于运行流量测量仪器的方法

2 流量测量仪器

3 管路

4 测量单元

5 误差单元

6 单个测量值

7 实际测量不确定性

8 显示单元

9 传感器单元

10 计算器

11 确定流量的单个测量值

12 通过传感器单元测量和传输实际运行参数

13 确定实际测量不确定性

14 与最大测量不确定性相比较

15 通过显示单元输出单个测量值和实际测量不确定性

16 将单个测量值和实际测量不确定性递交到计算器处。

Claims (17)

1.用于运行流量测量仪器（2）的方法（1），所述流量测量仪器用于对流动的介质通过一个管路（3）的流量进行测量，其中，所述流量测量仪器（2）具有用于确定所述流量的单个测量值（6）的测量单元（4）和用于确定所述单个测量值（6）的测量不确定性的误差单元（5），其中，对所述单个测量值（6）的确定以一个测量频率来进行，

其特征在于，

对于每个单个测量值（6）由所述误差单元（5）确定一个实际测量不确定性（7），并且为了确定所述实际测量不确定性（7），将静态和动态误差源的测量不确定性通过误差传播来相互联结。

2.根据权利要求1所述的方法（1），其特征在于，所述流量测量仪器（2）测量所述介质的体积流量或质量流量。

3.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，将所述流量测量仪器的校准的测量不确定性和/或可重复性的测量不确定性和/或长时间可再现性的测量不确定性和/或直线性的测量不确定性作为静态误差源引进到对所述实际测量不确定性的确定中。

4.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，将所述流量测量仪器（2）的零点稳定性和/或至少运行参数的变化作为动态误差源引进到对所述实际测量不确定性的确定中。

5.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，所述流量测量仪器（2）具有显示单元（8），并且每个单个测量值（6）和所属的实际测量不确定性（7）经由所述显示单元（8）输出。

6.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，所述测量频率处于20和500Hz之间。

7.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，所述流量测量仪器（2）具有至少一个用于探测至少一个实际运行参数的附加的传感器单元（9），并且所述传感器单元（9）将所述实际运行参数的测量值至少传输到所述误差单元（5）处。

8.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，所述流量测量仪器（2）具有接口，运行参数的至少一个值经由所述接口来输入，并且所述接口将所述运行参数的值至少传输到所述误差单元（5）处。

9.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，确定一个最大测量不确定性，将所述实际测量不确定性（7）与所述最大测量不确定性相比较，并且在高于所述最大测量不确定性时输出警告。

10.根据权利要求1或2所述的方法（1），其特征在于，所述流量测量仪器（2）具有计算器（10），其中，所述计算器（10）输出在时间上受限的测量过程的总流量，并且其中，所述计算器（10）在考虑所述实际测量不确定性的情况下输出对于所述测量过程的总测量不确定性。

11.根据权利要求6所述的方法（1），其特征在于，所述测量频率处于100Hz的范围内。

12.根据权利要求10所述的方法（1），其特征在于，所述计算器（10）在考虑所述实际测量不确定性的情况下通过求加权平均值来输出对于所述测量过程的总测量不确定性。

13.流量测量仪器（2），用于对流动的介质通过一个管路（3）的流量进行测量，所述流量测量仪器带有用于确定所述流量的单个测量值（6）的测量单元（4）并且带有用于确定所述单个测量值（6）的测量不确定性的误差单元（5），其中，对所述单个测量值（6）的确定以一个测量频率来进行，

其特征在于，

所述误差单元（5）设计成使得所述误差单元对于每个单个测量值（6）确定一个实际测量不确定性（7），并且所述误差单元（5）为了确定所述实际测量不确定性（7）而将静态和动态误差源的测量不确定性通过误差传播来相互联结。

14.根据权利要求13所述的流量测量仪器（2），其特征在于，存在有用于输出所述单个测量值（6）和所属的实际测量不确定性（7）的显示单元（8）和/或存在有用于外部输出的接口。

15.根据权利要求13或14所述的流量测量仪器（2），其特征在于，存在有至少一个用于探测至少一个实际运行参数的附加的传感器单元（9）和/或用于输入至少一个实际运行参数的接口。

16.根据权利要求13或14所述的流量测量仪器（2），其特征在于，存在有计算器（10），其中，所述计算器（10）输出在时间上受限的测量过程的总流量，并且其中，所述计算器（10）在考虑所述实际测量不确定性（7）的情况下输出对于所述测量过程的总测量不确定性。

17.根据权利要求13或14所述的流量测量仪器（2），其中，所述流量测量仪器（2）设计成使得所述流量测量仪器在运行状态下实施根据权利要求1至12中任一项所述的方法。

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