CN111566467B - 用于发信号通知具有至少一个用于传导介质的振动测量管的密度计的标准频率的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的用于发信号通知具有至少一个用于传导介质的振动测量管的密度计的标准频率的方法(300)，包括：在弯曲振动激发模式下以激发模式工作频率激发测量管的弯曲振动(310)，激发模式工作频率取决于在测量管中传导的介质的密度以及至少一个干扰变量；确定激发模式工作频率的特征值(320)；确定表示干扰变量的值(330)；根据激发模式工作频率的特征值和表示至少一个干扰变量的值来计算介质的校正密度值(340)；根据校正密度值来计算标准频率的特征值(350)，标准频率是在借助于不依赖于干扰变量的频率相关标准函数来计算密度中产生校正密度值的频率；以及提供表示标准频率的信号(360)。

Description

用于发信号通知具有至少一个用于传导介质的振动测量管的密度计的标准频率的方法
技术领域
本发明涉及一种用于发信号通知具有至少一个用于传导介质的振动测量管的密度计的标准频率的方法。具有可振动测量管的密度计本身是已知的，并且在多个专利中描述了这种密度计。
背景技术
US 4,262,523 A1公开了一种气体密度计。DE 10 2015 122 661 A1公开了一种用于确定充满气体的液体密度的方法。
DE 10 2014 019 396 A1公开了一种用于测量流体密度的方法，该方法具有对流量计的位置影响的补偿。
申请DE 10 2016 112 600.4描述了一种用于密度测量的方法，该方法考虑了温度影响。
申请DE 10 2004 056 235 A1描述了一种用于密度测量的方法，该方法考虑了由于介质压力导致的测量管体积增加。
另一方面，存在通常被称为流量计算机的密度计算机的安装基础，计算机具有频率信号输入，经由该频率信号输入，测量管的激发模式固有频率被密度计接收，以便随后使用在启动期间存储的并且与密度计在标准条件下的振动行为相对应的系数来计算密度测量值。然而，这种密度计算机通常仅在大量努力的情况下能进行如下处理：根据之前已经可用的算法考虑另外的影响因素，计算更精确的密度测量，部分因为它们缺乏所需的信号输入，部分因为相应编程的可能性不易利用。因此，使用这种密度计算机的安装落后于现代测量技术的可能性，即便在安装中同时安装更多现代密度计，也是这种情况。因此，本发明的目的是寻找补救。
发明内容
根据本发明，该目的通过用于计算标准频率的方法、用于计算密度的方法以及测量传感器来实现。
根据本发明，一种用于发信号通知具有至少一个用于传导介质的振动测量管的密度计的标准频率的方法包括：在弯曲振动激发模式下以激发模式工作频率激发测量管的弯曲振动，激发模式工作频率取决于在测量管中传导的介质的密度以及至少一个干扰变量；确定激发模式工作频率的特征值；确定表示干扰变量的值；根据激发模式工作频率的特征值和表示至少一个干扰变量的值来计算介质的校正密度值；根据校正密度值来计算标准频率的特征值，该标准频率是在借助于不依赖于干扰变量的频率相关标准函数来计算密度中产生校正密度值的频率，并且提供表示标准频率的信号。
频率f的特征值是其值f或其周期持续时间t＝1/f。
在本发明的发展中，所提供的信号控制根据所提供的信号输出以标准频率振动的振荡器信号的振荡器。
在本发明的发展中，至少一个干扰变量相对于弯曲振动激发模式和/或测量管体积影响测量管的有效刚度。
在本发明的发展中，至少一个干扰变量包括在测量管中占主导的压力和/或测量管的温度。
在本发明的发展中，至少一个干扰变量是在测量管中传导的介质的粘度、流速、气体负荷、固体部分和/或可压缩性。
在本发明的发展中，至少一个干扰变量是环境温度和/或从外部作用在测量仪器上的力和/或弯矩。
在本发明的发展中，激发模式工作频率包括激发模式固有频率f1或在激发力和测量管的偏转之间建立具有恒定幅值
Figure GDA0004054393530000031
的相位角时的频率，对于该相位角，应用以下条件：
Figure GDA0004054393530000032
频率，其中
Figure GDA0004054393530000033
在本发明的发展中，标准函数包括多项式in t＝1/f和/或in t2＝1/f2。
根据本发明，在用于借助于处理单元计算在密度计的测量管中传导的介质的密度的方法中，处理单元具有频率输入，以标准频率振动的振荡器信号被呈现到该频率输入处，处理单元借助于常规函数计算密度。
根据本发明，测量仪器包括运算和评估电路；以及用于确定介质的密度的振动类型测量传感器，该振动类型测量传感器具有：至少一个用于传导介质的可振动测量管；至少一个用于激发测量管的弯曲振动的激发器；以及至少一个用于检测弯曲振动的振动传感器；其中，运算和评估电路被连接到至少一个激发器，以便用激发信号来驱动激发器；运算和评估电路被连接到至少一个激发器和测量传感器的至少一个振动传感器；其中，根据本发明的运算和评估电路被配置为执行根据本发明的方法。
在本发明的发展中，测量仪器具有信号输出，其用于提供表示标准频率的输出信号。
在本发明的发展中，输出信号包括以标准频率振动的模拟信号。
附图说明
下面根据附图中示出的示例性实施例进一步详细解释本发明。附图如下：
图1：根据本发明的测量仪器的示例性实施例的示意图；
图2：来自图1的根据本发明的测量仪器的示例性实施例的对称性示意图；
图3：来自图1的根据本发明的测量仪器的示例性实施例的激发器布置和传感器布置的电路示意图；
图4：用于执行根据本发明的方法的示意图；以及
图5：用于执行根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1中示出的根据本发明的测量仪器100的示例性实施例包括测量传感器102以及运算和评估电路104。测量传感器102包括一对弯曲的测量管110。测量管110在入口侧收集器120和出口侧收集器120之间延伸，并且例如通过滚压、焊接或锡焊牢固地连接到入口侧收集器120和出口侧收集器120。在收集器120之间延伸的是固体支撑管124，该固体支撑管牢固地连接到两个收集器，从而将收集器120彼此刚性耦合。支撑管124在其上侧具有开口126，测量管110通过该开口126从收集器120引导出支撑管124并返回支撑管124。
收集器120在每个端处具有法兰122，借助于法兰122将科里奥利质量流量计或密度计安装到管道中。通过测量管110将质量流量传导通过法兰122中的中央开口123，以便测量质量流量或其密度。
图2旨在呈现根据本发明的测量传感器的合适的对称特性。为此目的示出了组成振荡器的两个测量管110的测量管中心轴线112a、112b。测量管中心轴线112a、112b相对于在测量管之间延伸的第一反射平面Syz对称地延伸。此外，测量管中心轴线相对于第二反射平面Sxy，即所谓的测量管横向平面(measurement tube transverse plane)对称地延伸，该第二反射平面垂直于第一反射平面Syz延伸。测量管或测量管中心轴线的顶点(Vertice)位于测量管横向平面内。测量管轴线112a、112b优选地在平行于第一反射平面延伸的平面中延伸。关于垂直于第一反射平面和第二反射平面延伸并且其中测量管轴线112a、112b在收集器中延伸的第三平面Szx，不存在测量管的对称性。第一反射平面Syz和第三平面之间的交线定义了测量传感器的坐标系的Z轴。第二反射平面Sxy和第三平面Szx之间的交线定义了坐标系的X轴，而第一反射平面Syz和第二反射平面之间的交线定义了坐标系的Y轴。如此定义坐标后，再次转回到图1。
成对的测量管110形成了振荡器，该振荡器具体地具有相对于测量管横向平面镜像对称并具有第一固有频率f1的第一弯曲振动模式以及相对于测量管横向平面镜像对称并具有第二固有频率f3的第二弯曲振动模式，测量管在该固有频率下在X方向上反相振动。为了激发测量管在X方向上的弯曲振动模式，将电动激发器装置140相对于测量管横向平面镜像对称地设置，并且电动激发器装置140例如包括位于第一测量管上的柱塞(plunger)线圈和位于相对的第二测量管上的柱塞主体。激发器装置在这种情况下被布置在测量管弯曲的外侧，这对于激发第二弯曲振动模式是特别有利的，其与测量管横向平面成镜像对称，如在仍未公开的专利申请DE10 2016 109 251.7中所描述的。然而，原则上，激发器装置140也可以被布置在测量管弯曲的内侧。
为了检测测量管的振动，传感器装置142被设置成对称于测量管横向平面Sxy，并且分别被配置为在一个管上具有柱塞线圈并在另一个管上具有柱塞主体的感应装置。细节对于本领域技术人员而言是已知的，这里无需进行解释。
为了影响振动特性，将测量管110分别连接到入口侧和出口侧上的耦合器132、134，其中，由两个测量管110形成的振荡器的自由振动长度由两个内部耦合器132，即在入口侧或出口侧上离相应的收集器120均最远的那些耦合联接器132的位置固定。该自由振动长度影响振荡器的弯曲振动模式，尤其是振荡器的固有频率，优选用该固有频率来激发振荡器。均布置在内部节点板132和收集器120之间的外部联接器134尤其用于定义另外的振动节点。
如图3中示意性地示出的，激发器装置140的线圈和传感器装置142的线圈被连接到运算和评估电路104。运算和评估电路104被配置为向激发器装置提供激发信号，该激发信号具有取决于位于测量管中的介质的密度的工作频率。运算和评估电路还被配置为接收和评估传感器装置的传感器信号。如果工作频率是弯曲振动激发模式的激发模式固有频率，则运算和评估电路被配置为改变工作频率，以便找到传感器信号的最大比率。相关的工作频率随后形成了密度计算的基础。在另一实施例中，运算和评估电路104被配置为改变工作频率，以便在传感器信号和激发信号之间找到定义的相位角，例如大约45°的相位角，其中，相关的工作频率再次形成了密度计算的基础。另外，运算和评估电路104可以具有信号输入105，其用于输入诸如压力和/或温度的干扰变量值。
如在图4的示意图中示出的，基于用于操作运算和评估电路104的示例，首先基于激发信号(虚线所示)确定工作频率的周期持续时间twork。通过诸如p和T的干扰变量的当前值的帮助，可以从周期持续时间twork直接或经由尚未考虑干扰变量的初始密度值ρprel来计算校正的密度值ρcorr。然后，基于校正的密度ρcorr来计算标准周期持续时间，并且反过来，当用取决于周期持续时间且与干扰变量无关的标准函数计算密度时，产生校正的密度ρcorr。控制运算和评估电路104的信号发生器，以便生成具有频率fstandard并且对应于标准周期持续时间tstandard的频率信号，并在图3所示的频率输出106处提供该信号。该频率信号(实线所示)被呈现到在其中实施标准函数的密度计算机204的信号输入处。在密度计算机中确定应该对应于标准周期持续时间tstandard的频率信号的周期持续时间。基于具有标准函数的标准周期持续时间的密度计算导致了标准密度ρstandard，该标准密度值与校正的密度ρcorr的值匹配，并且可以在接口206处被输出。
结果，本身已经过时的密度计算机仍然可以以这种方式提供满足有关测量值确定的最新发现的密度值，而无需干预密度计算机。
如何根据工作频率和干扰变量来计算校正密度值ρcorr不是本发明的主题；关于这方面，来自现有技术的各种方法对于本领域技术人员而言是已知的，例如来自专利US 4,262,523 A1、DE 10 2015 122 661 A1、DE 10 2014 019 396 A1、DE 10 2016 112 600.4和DE 10 2004 056 235 A1的那些方法。根据本发明，仅确定并发信号通知一个对应于校正的密度值ρcorr并且在大多数情况下将偏离工作频率的标准频率，以便用频率相关的标准函数进行计算并产生校正的密度值ρcorr。
将独立于任何干扰变量确定标准密度值ρstandard的标准函数可以例如具有以下形式：
ρstandard＝k0+k1·tstandard
其中，标准周期持续时间tstandard是要被确定并发信号通知的标准频率fstandard的倒数。
如果标准密度值ρstandard对应于校正密度值ρcorr，则标准频率因此被给出为：
Figure GDA0004054393530000071
运算和评估电路具有信号发生器，信号发生器被激活以便在频率输出106处提供具有标准频率fstandard的振动信号。
用于独立于任何干扰变量确定标准密度值ρstandard的替代标准函数例如具有以下形式：
ρstandard＝k0+k2·tstandard 2
其中，标准周期持续时间tstandard是要被确定并发信号通知的标准频率fstandard的倒数。
由于此处标准密度值ρstandard也对应于校正密度值ρcorr，标准频率在这种情况下被给出为：
Figure GDA0004054393530000081
图5再次示出了根据本发明的根据方法300的示例性实施例的一系列方法步骤。
在第一步骤310中，在弯曲振动激发模式中以激发模式工作频率激发测量管的弯曲振动，其中，激发模式工作频率例如是通过使传感器信号的振幅和激发功率之间的比率最大化而获得的激发模式固有频率。
在第二步骤320中，将激发模式工作频率的周期持续时间随后确定为其特征量。
在下一步骤330中，确定表示干扰变量的值。这可以包括例如接收压力测量值，经由该压力测量值可以计算测量管的压力相关刚度。
考虑到干扰变量的影响，在下一步骤340中根据激发模式工作频率的值和表示至少一个干扰变量的值来计算测量管中的介质的校正密度值ρcorr。
从校正密度值ρcorr开始计算标准频率值350，该标准频率是在借助于不依赖于干扰变量的频率相关标准函数计算标准密度ρstandard中产生校正密度值ρcorr的频率。
最后，接下来是发信号通知确定的标准频率360，该频率例如通过以标准频率振动并且在频率输出处提供的振荡器信号来发发信号通知。
振荡器信号可以被密度计算机接收，并用于借助于标准函数来计算校正密度值ρcorr370。

Claims (7)

1.一种用于计算介质的密度的方法(300)，所述方法在密度计的振动测量管中进行，所述方法包括：
在弯曲振动激发模式下以激发模式工作频率激发测量管的弯曲振动(310)，其中，所述激发模式工作频率取决于在所述测量管中传导的介质的密度以及至少一个干扰变量；
确定所述激发模式工作频率的特征值(320)；
确定表示所述干扰变量的值(330)；
根据所述激发模式工作频率的特征值和表示所述至少一个干扰变量的值来计算所述介质的校正密度值(340)；
根据所述校正密度值来计算标准频率的特征值(350)，所述标准频率是在借助于不依赖于干扰变量的频率相关标准函数来计算密度中产生校正标准密度值的频率；
提供表示所述标准频率的信号(360)；
其中，所提供的信号控制根据所提供的信号输出以标准频率振动的振荡器信号的振荡器，并且，
借助接收在标准频率振荡的振荡器信号的密度计算机，计算所述介质的标准密度值，其中，密度计算机借助所述标准函数来计算所述标准密度值，使得所述计算的标准密度值对应于所述校正的密度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个干扰变量相对于所述弯曲振动激发模式和/或测量管体积影响所述测量管的有效刚度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个干扰变量包括在所述测量管中占主导的压力和/或所述测量管的温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个干扰变量是在所述测量管中传导的介质的粘度、流速、气体负荷和/或可压缩性。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个干扰变量是环境温度和/或从外部作用到测量仪器上的力和/或弯矩。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激发模式工作频率包括激发模式固有频率f1或在激发力和所述测量管的偏转之间建立具有恒定幅值的相位角时的频率，对于该相位角，应用以下条件：其中
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标准函数包括多项式t＝1/f和/或t2＝1/f 2，其中，f是频率，并且t是相关的周期持续时间。
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