CN111263881B - 质量流量计以及确定质量流量测量值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根据科里奥利原理的质量流量计(100)，该质量流量计包括两个测量管对，该两个测量管对具有不同使用模式固有频率，并且各自具有用于激励弯曲振动的电动激励器(140a、140c)和用于检测测量管对上的两个点处的弯曲振动的振动传感器对(142a‑1、142a‑2、142c‑1、142c‑2)；以及包括运算和评估电路(160)，该运算和评估电路用于使用公共激励器信号驱动激励器并用于检测振动传感器的信号，用于确定振动传感器对中的一个振动传感器对的入口侧振动传感器的信号和出口侧振动传感器的信号之间的流量相关相位差并用于基于这些流量相关相位差确定质量流量测量值；其中，将每个入口侧和出口侧传感器信号路径设计成以叠加的方式传输两个测量管对的传感器信号；其中，将运算和评估电路被设计为：当基于流量相关相位差确定质量流量测量值时，考虑测量管对的信号幅度比，对第一测量管对和/或第二测量管对执行零点校正。

Description

质量流量计以及确定质量流量测量值的方法

背景技术

本发明涉及一种根据科里奥利原理的具有至少两个测量管对的质量流量计，其中两个测量管对具有用于相应的弯曲振动使用模式的不同的使用模式固有频率，并且涉及一种用于确定质量流量的方法。在 DE102015104931A1中描述了一种通用的质量流量计。不同的使用模式固有频率有利地使测量管对的振动之间的串扰最小化。

测量管对各自具有用于激励弯曲振动的电动激励器并且分别具有用于检测弯曲振动的两个振动传感器，测量管对的振动传感器分别被布置在入口侧和出口侧上。基本上，每个测量管对本身可以配备独立的运算和评估电路，用于驱动激励器和检测传感器信号，但是，与仅具有一个测量管对的传统质量流量计相比，这大大增加了电路复杂度。因此，期望仅提供一个运算和评估电路，该电路经由公共激励器导体回路来驱动两个测量管对的激励器，并经由入口侧或出口侧传感器导体回路分别检测两个测量管对的入口侧振动传感器的信号以及两个测量管对的出口侧振动传感器的信号。

在这种情况下，零点误差可能由于不同的固有频率以及制造公差而发生，如下所述。

在基于科里奥利原理的质量流量计中，检测入口侧振动传感器的信号和出口侧振动传感器的信号之间的相移流量成比例的相移。为此目的，尤其是在通过静止位置期间检测信号的各个最大值的相位差。

制造公差可能导致入口侧和出口侧振动传感器具有不同的灵敏度，并且因此具有相同的振动行为而具有不同的信号幅度。在仅具有一个测量管对的质量流量计的情况下，这是无害的，因为信号不经历由于幅度变化导致的相位变化。当具有不同固有频率的两个测量管对的传感器信号叠加时，这种情况改变。测量管对的弯曲振动使用模式以其使用模式固有频率被激励。这导致最大幅度以及激励器信号和偏转之间的π/2的相位角为。由于两个测量管对的激励器均经由上述配置中的公共激励器导体回路被驱动，因此每个测量管对也以其不同使用模式固有频率和另一测量管对的弯曲振动使用模式的固有频率被激励。除了共振以外，这导致具有相当小的幅度以及激励信号和偏转之间的0 或π的相位角的所叠加的振动，。因此，在一个测量管对的使用模式固有频率处，另一个测量管对的所叠加的振动相对于该另一个测量管对的共振振动具有±π/2的相移。由于两个测量管对的振动传感器的信号是经由公共传感器导体回路检测到的，因此在一个测量管对的使用模式固有频率处，共振振动的该测量管对的振动传感器的信号与另一个测量管对的受迫振动的振动传感器的信号叠加，后者相对于前者偏移±π/2。

因此，在入口侧和出口侧传感器之间具有不同幅度比的两个测量管对的传感器信号的叠加可能导致信号之间的相位差，该相位差导致质量流量计的零点误差。

因此，本发明的目的是找到一种补救措施。

发明内容

根据本发明，该目的通过一种质量流量计以及通过一种方法来实现。

根据本发明的基于科里奥利原理的用于确定流过质量流量计的介质的质量流量测量值的质量流量计包括：第一测量管对，该测量管对具有被安装以便能够以弯曲振动使用模式彼此相对振动的两个测量管，该弯曲振动使用模式具有第一介质相关使用模式固有频率f1；第一电动激励器，该第一电动激励器用于激励第一测量管对的测量管之间的弯曲振动；第一振动传感器对，该第一振动传感器对具有用于检测第一测量管对上的两个点处的弯曲振动的第一入口侧振动传感器和第一出口侧振动传感器；第二测量管对，该第二测量管对具有被安装以便能够以弯曲振动使用模式彼此相对振动的两个测量管，该弯曲振动使用模式具有第二介质相关使用模式固有频率f2；第二电动激励器，该第二电动激励器用于激励第二测量管对的测量管之间的弯曲振动；第二振动传感器对，该第二振动传感器对具有用于检测第二测量管对上的两个点处的弯曲振动的第二入口侧振动传感器和第二出口侧振动传感器，该振动传感器；运算和评估电路，该运算和评估电路用于以公共激励器信号驱动第一电动激励器和第二电动激励器并用于检测振动传感器的信号；用于确定振动传感器对中的一个振动传感器对的入口侧振动传感器的信号和出口侧振动传感器的信号之间的流量相关相位差并用于基于这些流量相关相位差确定质量流量测量值；其中，激励器信号用于激励两个测量管对的弯曲振动使用模式；其中，激励器信号路径被配置为将激励器信号传输到第一电动激励器和第二电动激励器；其中，入口侧传感器信号路径被配置成以叠加的方式传输第一入口侧振动传感器的信号和第二入口侧振动传感器的信号；其中，出口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输第一出口侧振动传感器的信号和第二出口侧振动传感器的信号；其中，以第一使用模式固有频率f1振动的传感器信号在入口侧传感器的信号与出口侧传感器的信号之间具有第一信号幅度比，其中，以第二使用模式固有频率f2振动的传感器信号在入口侧传感器的信号和出口侧传感器的信号之间具有第二信号幅度比，其中，由于制造公差而导致的第二信号幅度比可以与第一信号幅度比不同，其中，运算和评估电路被配置为在基于相位差确定质量流量测量值时考虑第一信号幅度比和第二信号幅度比或与其等效的变量，对第一测量管对和/或第二测量管对执行零点校正。

本发明的意义上的第一信号幅度比和第二信号幅度比的等效例如是第一测量管对的入口侧传感器的信号幅度与第二传感器对的入口侧传感器的信号幅度之比以及第一测量管对的出口侧传感器的信号幅度与第二测量管对的出口侧传感器的信号幅度之比。

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据信号幅度比的相互偏差或与其等效的变量对第一测量管对和/或第二测量管对执行零点校正。

在本发明的改进中，对于第一测量管对的零点校正具有以下项：该项取决于第二测量管对的振动传感器在第一使用模式固有频率f1处的当前振动幅度与第一测量管对的振动传感器在第一使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系。

在本发明的改进中，对于第二测量管对的零点校正具有以下项：该项取决于第一测量管对的振动传感器在第二使用模式固有频率处的当前振动幅度与第二测量管对的振动传感器在第二使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系。

在本发明的改进中，为了确定第一测量管对的振动传感器的振动幅度，运算和评估电路被配置为估计第二测量管对的使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₁(f₁,f₂,I₂)，其中，f₁、f₂是第一测量管对和第二测量管对的弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₂是第二测量管对的使用模式固有频率f₂的激励电流信号，其中，将入口侧振动传感器的幅度和出口侧振动传感器的幅度确定为与平均传感器幅度函数成比例。

在本发明的改进中，为了确定第二测量管对的振动传感器的振动幅度，运算和评估电路被配置为估计第一测量管对的使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₂(f₂,f₁,I₁)，其中，f₂、f₁是第二测量管对和第一测量管对的弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₁是第一测量管对的使用模式固有频率f₁的激励电流信号，其中，将入口侧振动传感器的幅度和出口侧振动传感器的幅度确定为与平均传感器幅度函数成比例。

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据下式来估计第一测量管对的入口侧传感器在第二测量管对的共振频率处的振动幅度 A′_in,1：

并且根据下式来估计第一测量管对的出口侧传感器在第二测量管对的共振频率处的振动幅度A′_out,1：

其中，A′₁(f₁,f₂,I₂)是第一测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，并且其中，A_in,1和A_out,1是入口侧传感器和出口侧传感器分别在第一共振频率处的传感器信号幅度。

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据下式估计第二测量管对的入口侧传感器在第一测量管对的共振频率处的振动幅度A′_in,2：

并且根据下式估计第二测量管对的出口侧传感器在第一测量管对的共振频率处的振动幅度A′_out,2：

A′₂(f₂,f₁,I₁)是第二测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,2和A_out,2是入口侧传感器和出口侧传感器分别在第二测量管对的共振频率处的传感器信号幅度。

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为：

将入口侧传感器在第一使用模式固有频率f1处的通过灵敏度常数和第一使用模式固有频率f1归一化的信号幅度用作第一入口侧传感器的振动幅度A_in1的量度，并且将出口侧传感器在第一使用模式固有频率f1处的通过灵敏度常数和第一使用模式固有频率f1归一化的的信号幅度用作第一出口侧传感器的振动幅度A_out1的量度；和/或

将入口侧传感器在第二使用模式固有频率f2的通过灵敏度常数和第二使用模式固有频率f2归一化的的信号幅度用作第二入口侧传感器的振动幅度A_in2的量度，并且将出口侧传感器在第二使用模式固有频率f2处的通过灵敏度常数和第二使用模式固有频率f2归一化的信号幅度用作第二出口侧传感器的振动幅度A_out2的量度；

在本发明的改进中，将第一测量管对的平均传感器幅度函数 A′₁(f₁,f₂,I₂)给出为：

其中，e_D,1是第一测量管对的激励效率并且k_N,1是用于弯曲振动使用模式的第一测量管对的柔度。

在本发明的改进中，将第二测量管对的平均传感器幅度函数 A′₂(f₂,f₁,I₁)给出为：

其中，e_D,2是第二测量管对的激励效率并且k_N,2是用于弯曲振动使用模式的第二测量管对的柔度。

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为针对振动幅度的比率确定值，该值是使用模式固有频率相对于彼此的比率以及指示弯曲振动使用模式中的一个弯曲振动使用模式的介质相关品质的品质因数的函数。

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据在测量管对在相关联的使用模式固有频率处、在弯曲振动使用模式下振动时入口侧传感器或出口侧传感器的所叠加的信号的幅度，以及激励器信号(尤其是激励电流)的幅度或控制激励器信号的控制信号在使用模式固有频率处的幅度来确定品质因数。

在本发明的改进中，第一测量管对的平均传感器幅度函数A′₁ (f₁,f₂,I₂)还取决于第一测量管对的品质Q₁，并被给出为：

其中，e_D,1是第一测量管对的激励效率，并且k_N,1是用于弯曲振动使用模式的第一测量管对的柔度，

并且其中，可以将第一测量管对的品质Q1确定为：

在本发明的改进中，第二测量管对的平均传感器幅度函数A′₂ (f₂,f₁,I₁)还取决于第二测量管对的品质Q2，并且被给出为：

其中，e_D,2是第二测量管对的激励效率，并且k_N,2是用于弯曲振动使用模式的第二测量管对的柔度，

并且其中，可以将第二测量管对的品质Q2确定为：

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据下式来确定第一测量管对对第二测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子 F_1-2：

或:

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据下式来确定第二测量管对对第一测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子 F_2-1：

或:

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为根据下式计算与第一测量管对对第二测量管对的零点误差的零点误差贡献相对应的延迟时间τ_1-2：

和/或

运算和评估电路被配置为根据下式计算与第二测量管对对第一测量管对的零点误差的零点误差贡献相对应的延迟时间τ_2-1：

在本发明的改进中，运算和评估电路被配置为通过零点延迟时间τ_1-2、τ_2-1来校正在测量模式下确定的第一测量管对和第二测量管对的使用模式固有频率处的传感器信号之间的流量相关延迟时间τ_m1、τ_m2，以便基于校正后的延迟时间τ_korr1、τ_korr2计算通过相应测量管对的质量流量，其中，τ_korr1＝τ_m1-τ_m2-1并且τ_korr2＝τ_m2-τ_m1-2。

在本发明的改进中，将第一使用模式固有频率f1和第二使用模式固有频率f2之间的相对偏差A给出为：

其中，以下适用：A＞4％，例如A＞8％，并且尤其是A＞16％。

只要测量管对具有Q>100(通常Q>1000)的高品质Q，则测量管对实际上以此处定义的频率偏差A彼此独立地振动。另外，在这样的频率偏差的情况下，相对于共振振动的测量管对的振动传感器的信号，共振以外振动的测量管对的振动传感器的干扰信号被可靠地偏移±π/2。因此，该相移角作为进一步的自由度被取消，这可能使零点校正更加困难。

根据本发明的方法用于确定流过根据科里奥利原理操作的质量流量计的介质的质量流量测量值，其中，质量流量计具有两个测量管对，该两个测量管对分别具有两个测量管，该两个测量管被安装以便能够以一个弯曲振动使用模式彼此相对振动，其中，两个测量管对的弯曲振动使用模式具有彼此不同的使用模式固有频率(f1、f2)，其中，两个测量管对分别具有用于激励测量管对的测量管之间的弯曲振动的电动激励器，其中，两个激励器经由激励器导体回路串联连接，其中，测量管对分别具有振动传感器对，该振动传感器对具有用于检测测量管对上的两个点处的弯曲振动的入口侧振动传感器和出口侧振动传感器；其中，入口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输入口侧振动传感器的信号，其中，出口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输出口侧振动传感器的信号。该方法包括以下步骤：利用公共激励器信号驱动两个电动激励器，其中，该激励器信号用于激励两个测量管对的弯曲振动使用模式；检测两个入口侧振动传感器的所叠加的传感器信号；检测两个出口侧振动传感器的所叠加的信号；确定振动传感器对的入口侧振动传感器的信号和出口侧振动传感器的信号之间的流量相关相位差，并基于这些流量相关相位差确定质量流量测量值；

其中，以第一使用模式固有频率f1振动的传感器信号具有入口侧传感器的信号和出口侧传感器的信号之间的第一信号幅度比，其中，以第二使用模式固有频率f2振动的传感器信号具有入口侧传感器的信号和出口侧传感器的信号之间的第二信号幅度比，其中，由于制造公差，第二信号幅度比可能与第一信号幅度比不同；当基于流量相关相位差确定质量流量测量值时，考虑第一信号幅度比和第二信号幅度比或与其等效的变量，对第一测量管对和/或第二测量管执行零点校正。

在本发明的改进中，第一测量管对和/或第二测量管对的零点校正根据信号幅度比相对于彼此的偏差或与其等效的变量来进行。

在本发明的改进中，对于第一测量管对的零点校正具有以下项：该项取决于第二测量管对的振动传感器在第一使用模式固有频率f1处的当前振动幅度与第一测量管对的振动传感器在第一使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系，和/或

在本发明的改进中，对于第二测量管对的零点校正具有以下项：该项取决于第一测量管对的振动传感器在第二使用模式固有频率处的当前振动幅度与第二测量管对的振动传感器在第一使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系。

在本发明的改进中，为了确定第一测量管对的振动传感器的振动幅度，估计第二测量管对的使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₁(f₁,f₂,I₂)，其中，f₁、f₂是第一测量管对和第二测量管对的弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₂是第二测量管对的使用模式固有频率 f₂处的激励电流信号，其中，将入口侧振动传感器的幅度和出口侧振动传感器的幅度确定为与平均传感器幅度函数成比例。

在本发明的改进中，为了确定第二测量管对的振动传感器的振动幅度，估计第一测量管对的使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₂(f₂,f₁,I₁)，其中，f₂、f₁是第二测量管对和第一测量管对的弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₁是第一测量管对的使用模式固有频率 f₁处的激励电流信号，其中，将入口侧振动传感器和出口侧振动传感器的幅度确定为与平均传感器幅度函数成比例。

在本发明的改进中，根据下式，在第二测量管对的共振频率处估计第一测量管对的入口侧传感器的振动幅度A′_in,1：

并且根据下式在第二测量管对的共振频率处估计第一测量管对的出口侧传感器的振动幅度A′_out,1：

其中，A′₁(f₁,f₂,I₂)是第一测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,1和A_out,1是入口侧传感器和出口侧传感器分别在第一共振频率处的传感器信号幅度，

在本发明的改进中，根据下式，在第一测量管对的共振频率处估计第二测量管对的入口侧传感器的振动幅度A′_in,2：

并且根据下式，在第一测量管对的共振频率处估计第二测量管对的出口侧传感器的振动幅度A′_out,2：

其中，A′₂(f₂,f₁,I₁)是第二测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,2和A_out,2是入口侧传感器和出口侧传感器分别在第二个测量管对的共振频率处的传感器信号幅度。

在本发明的改进中，根据下式，确定第一测量管对对第二测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_1-2：

或

在本发明的改进中，根据下式，确定第二测量管对对第一测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_2-1，

或

在本发明的改进中，根据下式，计算与第一测量管对对第二测量管对的零点误差的零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_1-2：

在本发明的改进中，根据下式，计算与第二测量管对对第一测量管对的零点误差的零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_2-1：

在本发明的改进中，通过零点延迟时间τ_1-2、τ_2-1来校正在测量模式下确定的第一测量管对和第二测量管对的使用模式固有频率处的传感器信号之间的流量相关延迟时间τ_m1、τ_m2，以便基于校正后的延迟时间τ_korr1、τ_korr2计算通过相应测量管对的质量流量，其中，τ_korr1＝τ_m1-τ_m2-1并且τ_korr2＝τ_m2-τ_m1-2。

附图说明

现在基于在附图中示出的示例性实施例进一步详细地描述本发明。显示的是：

图1a：根据本发明的质量流量计的第一示例性实施例的示意性前视图；

图1b：根据本发明的没有载管的质量流量计的第一示例性实施例的示意性侧视图；

图1c：根据本发明的没有载管的质量流量计的第一示例性实施例的透视图；

图1d：根据本发明的具有安装的承载管的质量流量计的第一示例性实施例的透视图；

图1e：根据本发明的质量流量计的第一示例性实施例的振动传感器和激励器的电路的示意图；

图2a：两个测量管对的等幅度比的振动传感器信号的信号波形；

图2b：两个测量管对的不同幅度比的振动传感器信号的信号波形；

图3a：在具有零点误差校正和没有零点误差校正的情况下，第一测量管对在零流量下所测量的零点的偏差；

图3b：在具有零点误差校正和没有零点误差校正的情况下，第二测量管对在零流量下所测量的零点的偏差；和

图4：根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

根据本发明的质量流量计100的图1a至图1d所示的示例性实施例包括四个弯曲的测量管110a、110b、110c、110d。测量管110a、110b、 110c、110d在入口侧收集器120和出口侧收集器120之间延伸，并且例如通过轧制、钎焊或焊接而牢固地连接到这些收集器。牢固地连接到两个收集器的固体载管124在收集器120之间延伸，从而将收集器 120刚性地联接在一起。载管124在其上侧具有开口，测量管110a、 110b、110c、110d穿过这些开口被从收集器120引出载管124并进入载管124。

在每一端，收集器120具有法兰122，借助于该法兰122将质量流量计安装在管道中。通过法兰122中的中心开口123，引导质量流通过质量流量计100，特别是其测量管110a、110b、110c、110d，以便测量质量流量。

第一测量管110a和第二测量管110b分别在入口侧和出口侧连接到两个节点板(node plate)132a、134a，由第一测量管110a和第二测量管110b形成的第一测量管对的自由振动长度由节点板132a的两个内部的位置限定，即，由分别位于入口侧或出口侧的距相应的收集器 120最远的那些位置限定。该自由振动长度对第一测量管对的弯曲振动使用模式，特别是对其使用模式固有频率具有很大影响，第一测量管对将以该使用模式固有频率被激励。第三测量管110c和第四测量管 110d相应地在入口侧和出口侧分别连接到两个节点板132c、134c，其中，由第三测量管110c和第四测量管110d形成的第二测量管对的振动长度由节点板132c的两个内部的位置限定，该振动长度再次对第二测量管对的弯曲振动使用模式，特别是其使用模式固有频率具有极大影响，，第二测量管对将以该使用模式固有频率被激励。分别布置在内部节点板132a、132c和收集器120之间的另外的节点板134a、134c 用于限定另外的振动节点，以便一方面减小振动的测量管上的最大机械应力，并且另一方面，使质量流量计和管道之间的振动能量的交换最小化。第一测量管对的测量管110a、110b的自由振动长度明显大于第二测量管对的测量管110c、110d的自由振动长度，其中，第一测量管对振荡器的测量管110a、110b管以比第二测量管对的测量管110c、 110d更高的曲线布线。在具有外径为3英寸(即，大约76毫米)且壁厚为3.6毫米的测量管的所示的质量流量计中，当测量管充满具有水密度的介质时，测量管对具有约110Hz和160Hz的使用模式固有频率。

为了激励测量管对的弯曲振动使用模式，在第一测量管110a和第二测量管110b之间设置有第一激励器装置140a，并且在第三测量管 110c和第四测量管110d之间设置有第二激励器装置140c，例如，在每种情况下，感应激励器装置包括测量管上的柱塞线圈和测量管对的相对的测量管上的柱塞体。

为了检测测量管对的振动，在与激励器装置140a、140c对称的纵向方向上，每个具有入口侧振动传感器和出口侧振动传感器的第一传感器装置142a-1、142a-2和第二传感器装置142c-1、142c-2分别被设置并且各自被设计为感应装置，该感应装置在一个测量管上具有柱塞线圈并且在另一测量管上具有柱塞体。细节对于本领域技术人员而言是已知的，并且在这里不需要解释。为了清楚起见，仅在图1b中指示激励器装置和传感器装置的位置，并提供有附图标记。

测量管对各自将以其当前使用模式固有频率被激励，为此目的，其中，两个测量管对的激励器装置140a、140c经由激励器导体回路140 串联连接到运算和评估电路160，如图1e中示意性示出的，使得两个测量管对的使用模式固有频率的所叠加的信号可以被施加到激励器装置。

两个入口侧振动传感器142a-1和142c-1经由入口侧传感器导体回路142-1串联连接，并且两个入口侧振动传感器142a-2和142c-2经由出口侧传感器导体回路142-2串联连接。

两个传感器导体回路142-1、142-2连接到运算和评估电路160，其被配置为驱动激励器导体回路140并检测和评估两个传感器导体回路142-1、142-2的信号。

由于测量管对的高品质，在相应的使用模式固有频率处的共振振动具有比在相应的另一个测量管对的在使用模式固有频率处的共振以外的受迫振动大很多倍的幅度。但是，如果传感器信号由于制造公差而具有不同的幅度比，则共振以外的受迫振动可以导致零点误差。

共振振动在激励器信号和偏转之间的相位角为π/2时具有最大幅度。相比之下，共振之外的受迫振动在激励器信号和偏转之间具有0 或π的相位角。因此，测量管对在另一个测量管对的使用模式固有频率处的所叠加的振动相对于该测量管对的共振振动具有±π/2的相移。由于两个测量管对的振动传感器的信号是经由公共传感器导体回路检测的，因此在一个测量管对的使用模式固有频率处，共振振动的该测量管对的振动传感器的信号与共振以外振动的另一个测量管对的振动传感器的受迫振动的信号叠加，后者相对于前者偏移±π/2。为了说明这种情况，针对零流量在图2a和2b中示出了相应的信号波形，其中，为了简单起见，仅以一个测量管对的使用模式固有频率来激励两个测量管对。单点划线各自示出入口侧振动传感器的隔离信号波形。双点划线各自示出出口侧振动传感器的隔离信号波形。为了清楚起见，此处大大放大示出了共振以外振动的测量管对的幅度。实线示出入口侧振动传感器的所叠加的信号波形，该波形实际上是经由入口侧传感器导体回路检测到的。虚线示出出口侧振动传感器的所叠加的信号波形，该波形实际上是经由出口侧传感器导体回路检测到的。

图2a示出了入口侧和出口侧振动传感器的不同信号幅度，对于两个测量管对，入口侧传感器的信号幅度与相关联的出口侧传感器的信号幅度的比率相同。在这种情况下，它们不影响所叠加的入口侧和出口侧信号之间的相位关系。它们在零流量时同时具有零交叉。

相比之下，如果如图2b所示，一个测量管对的入口侧传感器的信号幅度与相关联的出口侧传感器的信号幅度的比率与另一测量管对的入口侧传感器的信号幅度与相关联的出口侧传感器的信号幅度的比率不同，则这将导致所叠加的入口侧和出口侧信号之间的相位差，根据测量原理，如果不采取进一步措施，则导致零点误差。

根据本发明，运算和评估电路被设计成当基于流量相关相位差确定质量流量测量值时，考虑到第一信号幅度比和第二信号幅度比或从中得出的变量，对第一测量管对和/或第二测量管对执行零点校正。

在这里描述的示例性实施例中，运算和评估电路被设计为首先确定入口侧传感器导体回路和出口侧传感器导体回路的信号在两个使用模式固有频率处的信号幅度。信号幅度实际上完全归因于其使用模式固有频率正在被考虑的测量管对的振动传感器，因为相应的另一个测量管对的振动传感器的干扰贡献由于其仅具有较低幅度和±π/2的相移的受迫振动而被叠加，并且因此几乎不影响幅度。

包括微处理器的运算和评估电路计算在第一测量管对的使用模式固有频率处入口侧信号回路的信号和出口侧信号回路的信号之间的第一信号幅度比以及在第二测量管对的使用模式固有频率处入口侧信号回路的信号和出口侧信号回路的信号之间的第二信号幅度比。

在一个实施例中，运算和评估电路根据下式计算在第二测量管对的使用模式固有频率处，第一测量管对的平均幅度A′1(f_1,f₂,I₂)：

其中e_D,1是第一测量管对的激励效率，k_N,1是用于弯曲振动使用模式的第一测量管对的柔度，并且I₂是第二测量管对的使用模式固有频率处的激励电流的幅度。

在一个实施例中，运算和评估电路进一步根据下式计算第二测量管对的平均幅度A′₂(f₂,f₁,I₁)：

其中e_D,2是第二测量管对的激励效率，k_N,2是用于弯曲振动使用模式的第二测量管对的柔度，并且I₁是第一测量管对的使用模式固有频率处的激励电流的幅度。

在一个实施例中，运算和评估电路还根据下式借助于所确定的一个测量管对的使用模式固有频率处的平均振动幅度A′₁、A′₂并基于其自身使用模式固有频率处的信号幅度A_in,1、A_out,1、A_in,2、A_out,2来分别计算一个测量管对的传感器在另一个测量管对的使用模式固有频率处的进一步的振动幅度A′_in,1、A′_out,1,、A′_in,2、A′_out,2：

在一个实施例中，运算和评估电路进一步根据下式计算第一测量管对对第二测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_1-2：

或：

在一个实施例中，运算和评估电路进一步根据下式计算第二测量管对对第一测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_2-1：

或：

在一个实施例中，运算和评估电路进一步根据下式计算与第一测量管对对第二测量管对的零点误差的零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_1-2：

在一个实施例中，运算和评估电路进一步根据下式计算与第二测量管对对第一测量管对的零点误差的零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_2-1：

在一个实施例中，运算和评估电路还通过零点延迟时间τ_1-2、τ_2-1来校正在第一测量管对和第二测量管对的使用模式固有频率处的传感器信号之间的在测量模式下确定的流量相关延迟时间τ_m1、τ_m2，以便基于校正后的延迟时间τ_korr1、τ_korr2计算通过相应测量管对的质量流量，其中τ_korr1＝τ_m1-τ_m2-1并且τ_korr2＝τ_m2-τ_m1-2。

图3a和3b各自示出了在应用和不应用根据本发明的校正的情况下，根据不同信号幅度比的内部测量管对或外部测量管对的测量范围的10^-5部分在零流量时的测量值。因此，根据本发明的流量计适合于可靠地校正零点误差。

根据本发明的方法最终包括图4所示的步骤：

利用公共激励器信号驱动两个电动激励器，该激励器信号用于激励两个测量管对的弯曲振动使用模式(410)；

检测两个入口侧振动传感器的所叠加的传感器信号(420)；

检测两个出口侧振动传感器的所叠加的信号(430)；

确定振动传感器对的入口侧传感器的信号和出口侧振动传感器的信号之间的流量相关相位差(440)，以便基于这些流量相关相位差来确定质量流量测量值；

其中，以第一使用模式固有频率f1振动的传感器信号在入口侧传感器的信号和出口侧传感器的信号之间具有第一信号幅度比，

其中，以第二使用模式固有频率f2振动的传感器信号在入口侧传感器的信号和出口侧传感器的信号之间具有第二信号幅度比，

当基于流量相关相位差确定质量流量测量值时，考虑第一信号幅度比和第二信号幅度比或与其等效的变量，对第一测量管对和/或第二测量管对执行零点校正(450)。

Claims (23)

1.根据科里奥利原理的质量流量计(100)，所述质量流量计用于确定流过所述质量流量计的介质的质量流量测量值，所述质量流量计包括：

第一测量管对(110a、110b)，所述第一测量管对具有两个测量管，所述两个测量管被安装以便能够以弯曲振动使用模式彼此相对振动，所述弯曲振动使用模式具有介质相关的第一使用模式固有频率f1；

第一电动激励器(140a)，所述第一电动激励器用于激励所述第一测量管对的所述测量管之间的弯曲振动，

第一振动传感器对(142a-1、142a-2)，所述第一振动传感器对具有第一入口侧振动传感器和第一出口侧振动传感器，所述第一入口侧振动传感器和所述第一出口侧振动传感器用于检测所述第一测量管对上的两个点处的弯曲振动；

第二测量管对(110c、110d)，所述第二测量管对具有两个测量管，所述两个测量管被安装以便能够以弯曲振动使用模式彼此相对振动，所述弯曲振动使用模式具有介质相关的第二使用模式固有频率f2，

第二电动激励器(140c)，所述第二电动激励器用于激励所述第二测量管对的所述测量管之间的弯曲振动；

第二振动传感器对(142c-1、142c-2)，所述第二振动传感器对具有第二入口侧振动传感器和第二出口侧振动传感器，所述第二入口侧振动传感器和所述第二出口侧振动传感器用于检测所述第二测量管对上的两个点处的弯曲振动；

运算和评估电路(160)；所述运算和评估电路用于以公共激励器信号来驱动所述第一电动激励器和所述第二电动激励器并用于检测所述振动传感器的信号；用于确定所述振动传感器对中的一个振动传感器对的所述入口侧振动传感器的信号和所述出口侧振动传感器的信号之间的流量相关相位差并用于基于这些流量相关相位差来确定质量流量测量值；

其中，所述激励器信号被用于激励两个测量管对的所述弯曲振动使用模式；

其中，激励器信号路径被配置为将所述激励器信号传输到所述第一电动激励器和所述第二电动激励器；

其中，入口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输所述第一入口侧振动传感器的信号和所述第二入口侧振动传感器的信号；

其中，出口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输所述第一出口侧振动传感器的信号和所述第二出口侧振动传感器的信号；

其中，以所述第一使用模式固有频率f1振动的所述传感器信号在所述入口侧振动传感器的信号和所述出口侧振动传感器的信号之间具有第一信号幅度比，

其中，以所述第二使用模式固有频率f2振动的所述传感器信号在所述入口侧振动传感器的信号和所述出口侧振动传感器的信号之间具有第二信号幅度比，

其中，所述运算和评估电路被配置为，当基于流量相关相位差确定所述质量流量测量值时，考虑所述第一信号幅度比和所述第二信号幅度比，对所述第一测量管对和/或所述第二测量管对执行零点校正，

其中，所述运算和评估电路被配置为根据所述信号幅度比的相互偏差对所述第一测量管对和/或所述第二测量管对执行所述零点校正。

2.根据权利要求1所述的质量流量计，

其中，对于所述第一测量管对的所述零点校正具有取决于所述第二测量管对的所述振动传感器在所述第一使用模式固有频率f1处的当前振动幅度与所述第一测量管对的所述振动传感器在所述第一使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系的项，和/或

其中，对于所述第二测量管对的所述零点校正具有取决于所述第一测量管对的所述振动传感器在所述第二使用模式固有频率处的当前振动幅度与所述第二测量管对的所述振动传感器在所述第二使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系的项。

3.根据权利要求1所述的质量流量计，其中，为了确定所述第一测量管对的所述振动传感器的振动幅度，所述运算和评估电路被配置为估计所述第二测量管对的所述使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₁(f₁,f₂,I₂)，其中，f₁、f₂是所述第一测量管对和所述第二测量管对的所述弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₂是所述第二测量管对的所述使用模式固有频率f₂的激励电流信号，其中，将所述入口侧振动传感器的幅度和所述出口侧振动传感器的幅度确定为与所述平均传感器幅度函数成比例，

和/或

其中，为了确定所述第二测量管对的所述振动传感器的振动幅度，所述运算和评估电路被配置为估计所述第一测量管对的所述使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₂(f₂,f₁,I₁)，其中，f₂、f₁是所述第二测量管对和所述第一测量管对的所述弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₁是所述第一测量管对的所述使用模式固有频率f₁的激励电流信号，其中，将所述入口侧振动传感器的幅度和所述出口侧振动传感器的幅度确定为与所述平均传感器幅度函数成比例。

4.根据权利要求3所述的质量流量计，其中，所述运算和评估电路被配置为根据下式来估计所述第一测量管对的入口侧振动传感器在所述第二测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_in,1：

并且根据下式来估计第一测量管对的出口侧振动传感器在所述第二测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_out,1：

其中，A′₁(f₁,f₂,I₂)是所述第一测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,1和A_out,1是所述入口侧振动传感器和所述出口侧振动传感器分别在所述第一共振频率处的传感器信号幅度，

和/或

其中，所述运算和评估电路被配置为根据下式来估计所述第二测量管对的入口侧振动传感器在所述第一测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_in,2：

并且根据下式来估计第二测量管对的出口侧振动传感器在所述第一测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_out,2：

A′₂(f₂,f₁,I₁)是所述第二测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,2和A_out,2是所述入口侧振动传感器和所述出口侧振动传感器分别在所述第二测量管对的所述共振频率处的传感器信号幅度。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的质量流量计，其中，所述运算和评估电路被配置为：

将所述入口侧振动传感器在所述第一使用模式固有频率f1处的通过灵敏度常数和所述第一使用模式固有频率f1归一化的信号幅度用作所述第一入口侧振动传感器的振动幅度A_in1的量度，并且将所述出口侧振动传感器在所述第一使用模式固有频率f1处的通过灵敏度常数和所述第一使用模式固有频率f1归一化的信号幅度用作所述第一出口侧振动传感器的振动幅度A_out1的量度；和/或

将所述入口侧振动传感器在所述第二使用模式固有频率f2处的通过灵敏度常数和所述第二使用模式固有频率f2归一化的信号幅度用作所述第二入口侧振动传感器的所述振动幅度A_in2的量度，并且将所述出口侧振动传感器在所述第二使用模式固有频率f2处的通过灵敏度常数和所述第二使用模式固有频率f2归一化的信号幅度用作所述第二出口侧振动传感器的所述振动幅度A_out2的量度。

6.根据权利要求3或4所述的质量流量计，其中，将所述第一测量管对的所述平均传感器幅度函数A′₁(f₁,f₂,I₂)给出为：

其中，e_D,1是所述第一测量管对的激励效率，并且k_N,1是用于所述弯曲振动使用模式的所述第一测量管对的柔度，

和/或

其中，将所述第二测量管对的所述平均传感器幅度函数A′₂(f₂,f₁,I₁)给出为：

其中，e_D,2是所述第二测量管对的激励效率，并且k_N,2是用于所述弯曲振动使用模式的所述第二测量管对的柔度。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的质量流量计，其中，所述运算和评估电路被配置为针对所述振动幅度的比率确定值：所述值是所述使用模式固有频率相对于彼此的比率以及指示所述弯曲振动使用模式中的一个弯曲振动使用模式的介质相关品质的品质因数的函数。

8.根据权利要求7所述的质量流量计，其中，所述品质因数是如下几个量的函数：测量管对在相关联的使用模式固有频率处、在弯曲振动模式下振动时所述入口侧振动传感器或所述出口侧振动传感器的所叠加的信号的幅度；以及所述激励器信号的幅度，或控制所述激励器信号的控制信号在所述使用模式固有频率处的幅度。

9.根据权利要求8所述的质量流量计，其中，所述品质因数是激励电流的幅度的函数。

10.根据权利要求6所述的质量流量计，所述第一测量管对的所述平均传感器幅度函数A′₁(f₁,f₂,I₂)还取决于所述第一测量管对的品质Q₁，并且被给出为：

其中，e_D,1是所述第一测量管对的激励效率，并且k_N,1是用于所述弯曲振动使用模式的所述第一测量管对的柔度，

并且其中，将所述第一测量管对的所述品质Q₁确定为：

和/或

其中，所述第二测量管对的所述平均传感器幅度函数A′₂(f₂,f₁,I₁)还取决于所述第二测量管对的品质Q₂，并且被给出为：

其中，e_D,2是所述第二测量管对的激励效率，k_N,2是用于所述弯曲振动使用模式的所述第二测量管对的柔度，并且其中，将所述第二测量管对的所述品质Q₂确定为：

11.根据权利要求4所述的质量流量计，其中，所述运算和评估电路被配置为根据下式确定所述第一测量管对对所述第二测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_1-2：

或:

和/或

其中，所述运算和评估电路被配置为根据下式确定所述第二测量管对对所述第一测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_2-1：

或:

12.根据权利要求11所述的质量流量计，其中，所述运算和评估电路被配置为根据下式计算与所述第一测量管对对所述第二测量管对的所述零点误差的所述零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_1-2：

和/或

其中，所述运算和评估电路被配置为根据下式计算与所述第二测量管对对所述第一测量管对的所述零点误差的所述零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_2-1：

13.根据权利要求12所述的质量流量计，其中，所述运算和评估电路被配置为通过所述零点延迟时间τ_1-2、τ_2-1来校正在测量模式下确定的所述第一测量管对和所述第二测量管对的所述使用模式固有频率处的所述传感器信号之间的流量相关延迟时间τ_m1、τ_m2，以便基于校正后的延迟时间τ_korr1、τ_korr2计算通过相应测量管对的所述质量流量，其中，τ_korr1＝τ_m1-τ_m2-1并且τ_korr2＝τ_m2-τ_m1-2。

14.根据权利要求1至4和8至13中任一项所述的质量流量计，其中，将所述第一使用模式固有频率f1和所述第二使用模式固有频率f2之间的相对偏差A给出为：

其中，以下适用：A＞4％。

15.根据权利要求14所述的质量流量计，其中，A＞8％。

16.根据权利要求14所述的质量流量计，其中，A＞16％。

17.用于借助于根据科里奥利原理操作的质量流量计，来确定质量流量测量值的方法，其中，所述质量流量计具有两个测量管对，所述两个测量管对分别具有两个测量管，所述两个测量管被安装以便能够以一个弯曲振动使用模式彼此相对振动，其中，所述两个测量管对的所述弯曲振动使用模式具有彼此不同的第一使用模式固有频率f1和第二使用模式固有频率f2，其中，所述两个测量管对分别具有电动激励器，所述电动激励器用于激励测量管对的所述测量管之间的弯曲振动，其中，两个所述电动激励器经由激励器导体回路串联连接，其中，所述测量管对分别具有振动传感器对，所述振动传感器对具有入口侧振动传感器和出口侧振动传感器，所述入口侧振动传感器和所述出口侧振动传感器用于检测测量管对上的两个点处的弯曲振动；其中，入口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输所述入口侧振动传感器的信号，其中，出口侧传感器信号路径被配置为以叠加的方式传输所述出口侧振动传感器的信号，所述方法包括以下步骤：

利用公共激励器信号来驱动两个所述电动激励器，所述激励器信号用于激励所述两个测量管对的所述弯曲振动使用模式(410)；

检测两个所述入口侧振动传感器的所叠加的传感器信号(420)；

检测两个所述出口侧振动传感器的所叠加的信号(430)；

确定所述振动传感器对的所述入口侧振动传感器的信号和所述出口侧振动传感器的信号之间的流量相关相位差(440)，以便基于这些流量相关相位差来确定质量流量测量值；

其中，以所述第一使用模式固有频率f1振动的所述传感器信号在所述入口侧振动传感器的信号和所述出口侧振动传感器的信号之间具有第一信号幅度比，

其中，以所述第二使用模式固有频率f2振动的所述传感器信号在所述入口侧振动传感器的信号和所述出口侧振动传感器的信号之间具有第二信号幅度比，

当基于流量相关相位差确定所述质量流量测量值时，考虑所述第一信号幅度比和所述第二信号幅度比，对所述第一测量管对和/或所述第二测量管对 执行零点校正(450)，

其中，对于所述第一测量管对和/或所述第二测量管对的所述零点校正根据所述信号幅度比的相互偏差而发生。

18.根据权利要求17所述的方法，

其中，对于所述第一测量管对的所述零点校正具有取决于所述第二测量管对的所述振动传感器在所述第一使用模式固有频率f1处的当前振动幅度与所述第一测量管对的所述振动传感器在所述第一使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系的项，和/或

其中，对于所述第二测量管对的所述零点校正具有取决于所述第一测量管对的所述振动传感器在所述第二使用模式固有频率处的当前振动幅度与所述第二测量管对的所述振动传感器在所述第二使用模式固有频率处的当前振动幅度的关系。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，为了确定所述第一测量管对的所述振动传感器的振动幅度，估计所述第二测量管对的所述使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₁(f₁,f₂,I₂)，其中，f₁、f₂是所述第一测量管对和所述第二测量管对的所述弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₂是所述第二测量管对的所述使用模式固有频率f₂的激励电流信号，其中，将所述入口侧振动传感器的幅度和所述出口侧振动传感器的幅度确定为与所述平均传感器幅度函数成比例，

和/或

其中，为了确定所述第二测量管对的所述振动传感器的振动幅度，估计所述第一测量管对的所述使用模式固有频率处的平均传感器幅度函数A′₂(f₂,f₁,I₁)，其中，f₂、f₁是所述第二测量管对和所述第一测量管对的所述弯曲振动使用模式的共振频率，其中，I₁是所述第一测量管对的所述使用模式固有频率f₁的激励电流信号，其中，将所述入口侧振动传感器的幅度和所述出口侧振动传感器的幅度确定为与所述平均传感器幅度函数成比例。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，根据下式来估计所述第一测量管对的入口侧振动传感器在所述第二测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_in,1：

并且根据下式来估计所述第一测量管对的出口侧振动传感器在所述第二测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_out,1：

其中，A′₁(f₁,f₂,I₂)是所述第一测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,1和A_out,1是所述入口侧振动传感器和所述出口侧振动传感器分别在第一共振频率处的传感器信号幅度，

和/或

其中，根据下式来估计所述第二测量管对的入口侧振动传感器在所述第一测量管对的所述共振频率处的振动幅度A′_in,2：

并且根据下式在所述第一测量管对的所述共振频率处估计第二测量管对的出口侧振动传感器的振动幅度A′_out,2：

A′₂(f₂,f₁,I₁)是所述第二测量管对的频率相关和激励电流相关的平均传感器幅度函数，其中，A_in,2和A_out,2是所述入口侧振动传感器和所述出口侧振动传感器分别在所述第二测量管对的所述共振频率处的传感器信号幅度。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，根据下式确定所述第一测量管对对所述第二测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_1-2：

或：

和/或

其中，根据下式确定所述第二测量管对对所述第一测量管对的零点误差的零点误差贡献的比例因子F_2-1，

或：

22.根据权利要求21所述的方法，其中，根据下式计算与所述第一测量管对对所述第二测量管对的所述零点误差的所述零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_1-2：

和/或

其中，根据下式计算与所述第二测量管对对所述第一测量管对的所述零点误差的所述零点误差贡献相对应的零点延迟时间τ_2-1：

23.根据权利要求22所述的方法，其中，通过所述零点延迟时间τ_1-2、τ_2-1来校正在测量模式下确定的所述第一测量管对和所述第二测量管对的所述使用模式固有频率处的所述传感器信号之间的流量相关延迟时间τ_m1、τ_m2，以便基于校正后的延迟时间τ_korr1、τ_korr2计算通过相应测量管对的所述质量流量，其中，τ_korr1＝τ_m1-τ_m2-1并且τ_korr2＝τ_m2-τ_m1-2。

Images