CN114222899A - 计算科里奥利测量装置的测量管质量的方法及该测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于计算与科里奥利测量装置(10)的至少一个测量管(11.1)有关的质量的方法(100)，该科里奥利测量装置用于测量流过该测量管的介质的密度或质量流量，其中，通过确定各种振动特性，可以得出关于测量管状态的结论。

Description

计算科里奥利测量装置的测量管质量的方法及该测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于计算科里奥利测量装置的测量管的相对于磨损或涂层形成的质量的方法，以及涉及这种测量装置。

背景技术

WO2010127951A1公开了一种方法和科里奥利测量装置，利用该方法和装置，将测量管的当前振动特性反算为标准振动特性，并且由此确定该测量管的当前壁厚度。这样，例如可以检测该测量管的磨损。反算需要考虑各种影响。在现有技术中已知以下变量是相关的：介质温度、支承元件温度、外壳温度以及还有介质密度。该文献还向本领域技术人员提供了关于科里奥利测量装置的测量管的振动理论的基本物理知识。

然而，已经发现，仅根据现有技术的反算不足以满足高要求，并且特别地，磨损仅能较晚地被检测到并且优选地可以定量地加以确定。

发明内容

因此，本发明的目的在于确定测量管质量，以使得这一确定甚至满足高要求。

该目的通过根据独立权利要求1的方法和通过根据独立权利要求13的科里奥利测量装置来实现。

在根据本发明的用于计算与科里奥利测量装置的至少一个测量管有关的质量的方法中，该科里奥利测量装置用于测量流过测量管的介质的密度或质量流率，

其中，该科里奥利测量装置包括以下部件：

振动系统，该振动系统具有用于传导介质的至少一个测量管，

至少一个激励器和至少两个传感器，该至少一个激励器被设计成激励测量管振动，并且该至少两个传感器用于检测测量管振动，该激励器和/或传感器各自具有至少一个磁体装置和一个线圈装置，

支承元件，该支承元件用于支承该至少一个测量管，

电子器件测量/控制电路，该电子器件测量/控制电路被设计成操作激励器，并且被设计成提供密度和/或质量流量的测量值，并执行该方法，

电子器件外壳，该电子器件测量/控制电路被布置在该电子器件外壳中，

该方法至少具有下列步骤：

将至少一个激励器的至少一个激励输入变量与至少一个传感器的至少一个输出变量关联，

基于测量管的振动模型和关联来确定该振动系统的当前振动特性，

从该振动系统的当前振动特性确定该测量管在标准条件下的标准振动特性，

其中，

在至少一个方法步骤中，以下变量中的至少一个被使用：

以下温度中的至少一个的非线性贡献：介质温度、支承元件温度、外壳温度；

介质压力；

磁体装置暴露于相应阈值温度以上的温度下的至少一个累积时间；

介质粘度。

通过根据本发明确定标准振动特性，可以更准确地确定测量管的标准振动特性，因为现在校正了细微的干扰影响。

例如，增加的介质压力导致增大的测量管直径，从而改变测量管的刚度。如果不考虑介质压力，则标准振动特性的确定将是不正确的。

已经发现，根据现有技术考虑温度并不令人满意。

磁体装置的永磁体易受高温的影响，这会导致或加速永磁体的磁化的降低。这种敏感性在阈值温度之上会大大增加，这种阈值温度是高度材料相关的。还可能存在几个阈值温度，高于这些阈值温度会增加老化。本领域技术人员能够确定永磁体的这种阈值温度。如果传感器或激励器的永磁体因高温而受损，则在激励器的情况下，励磁电流将产生较小的励磁磁场，从而导致较小的测量管振动幅度。在传感器的情况下，这种损伤导致测量电压的较低的电压感应。如果不考虑永磁体与温度相关或与老化相关的损伤，则标准振动特性的确定将是不正确的。

在一个改进方案中，当使用介质温度和/或支承元件温度和/或外壳温度时，使用第一温度系数集合或第二温度系数集合，

其中，如果介质温度高于极限温度，则使用第一温度系数集合，

其中，如果介质温度低于极限温度，则使用第二温度系数集合，

测量管的振动特性受到材料特性——诸如测量管和/或支承元件和/或外壳的弹性模量或热膨胀系数——的影响。该支承元件和/或外壳可以经由承载点、例如经由夹紧力影响测量管。这些材料特性——即，例如弹性模量——是与温度相关的，从而在精确的测量装置、例如科里奥利测量装置中，必须考虑这种温度相关性。这通常通过数学模型来完成，其中，例如，应用具有对应系数高达n阶的多项式函数，其中n是自然数。随着n增大，系数的确定变得更加困难和不准确。根据本发明，所要使用的科里奥利测量装置的操作温度范围因此被划分为至少两个范围，每个范围由极限温度隔开，并且具有其自身系数的稍低阶模型分别用在这些范围内。这样，用于确定高阶系数的工作量能够得以限制。

例如，可以将这样的极限温度设定在-50℃和+50℃之间，即，甚至例如设定在0℃。然而，该信息仅被解释为示例而非限制。

这一过程不限于使用多项式函数。本领域技术人员能够根据自己的需要选择至少一个函数族来创建数学模型。

这一过程也不限于操作温度范围被划分为由极限温度隔开的两个范围。该操作温度范围也可以被划分成两个以上的范围，其中相邻的范围分别由极限温度隔开。

在一个改进方案中，附加地使用以下变量中的至少一个来计算标准振动特性：

以下温度中的至少一个：介质温度、支承元件温度、外壳温度、激励器温度、传感器温度；

介质密度和/或介质密度的平方；

每个所列温度都潜在地影响测量管的振动特性的测量。外壳温度或支承元件温度影响该测量管的夹紧或紧固；例如，激励器温度或传感器温度会影响线圈系统的欧姆电阻，并且由此影响测量管振动的激励或检测的效率。

介质密度影响振动系统的总质量，并且由此影响振动系统的共振频率。

在一个改进方案中，至少第一累积时间相对于第一阈值温度被测量，并且第二累积时间相对于第二阈值温度被测量并且被用于计算标准振动特性。在这种情况下，不排除使用更多的阈值温度和更多的累积时间。例如，可以用作永磁体的材料能够具有多个阈值温度，在这些阈值温度下，永磁体的过度、老化或损坏例如更快地进行。这些阈值温度在这里是材料相关的。因此，本领域技术人员将具体告知自己这些阈值温度，或者例如经由测试来确定这些阈值温度。

在一个改进方案中，至少一个累积时间是非线性的、单调的、特别是递减函数的自变量，其中该函数可以例如通过对数函数或根函数或指数函数来描述。

在一个改进方案中，该介质温度和/或支承元件温度和/或外壳温度分别由为此目的设置的至少一个温度传感器确定。

在一个改进方案中，该测量管或支承元件或电子器件外壳的外壳壁的弹性模量被用于确定温度系数集合中的温度系数。

在一个改进方案中，非线性贡献例如是二次的、对数的、位势的或指数的贡献。

在一个改进方案中，该方法包括以下方法步骤：

将标准振动特性与参考振动特性进行比较，该参考振动特性例如通过标准条件下的操作校准或工厂校准来确定。

在一个改进方案中，该方法包括以下方法步骤：

观察标准振动特性的时间进展，

如果发生如下事项，则输出警告消息：

标准振动特性具有与参考振动特性的最小偏差，

和/或标准振动特性的变化率的值超过最小值。

在一个改进方案中，振动特性是模态刚度。

在一个改进方案中，振动模型被形成具有被应用高达二阶的自由度，

特别地，该振动模型具有分量

其中，

F_D是由至少一个激励器施加在至少一个测量管上并且形成激励输入变量的激励力，

X_S是由激励器引起的振动系统的振动幅度，该振动幅度形成与传感器的输出变量AG相关的响应变量，其中，该相关可能取决于永磁体的状态、例如老化状态。

a是至少一个测量管的材料相关和几何形状相关的常数，

h是至少一个测量管的管壁厚度，

ω₀是分别激励的振动模式的共振频率，

Q是质量因数，该质量因数描述了在单次激励期间振动系统的振动的衰减行为，以及

s＝iω，其中ω对应于振动系统的激励频率，

以及

其中，a和h的乘积是至少一个测量管的模态刚度的量度。

被设计成执行根据前述权利要求中的任一项所述方法的根据本发明的科里奥利测量装置包括：

振动系统，该振动系统具有用于传导介质的至少一个测量管，

至少一个激励器和至少两个传感器，该至少一个激励器被设计成激励测量管振动，并且该至少两个传感器用于检测测量管振动，该激励器和/或传感器各自具有带有永磁体的至少一个磁体装置和一个线圈装置，

支承元件，该支承元件用于支承该至少一个测量管，

电子器件测量/控制电路，该电子器件测量/控制电路被设计成操作激励器，并且被设计成提供密度和/或质量流量的测量值，并执行该方法，

电子器件外壳，该电子器件测量/控制电路被布置在该电子器件外壳中。

在一个改进方案中，该科里奥利测量装置具有至少一个温度传感器，该至少一个温度传感器被设计成测量以下温度的至少一个：

介质温度、支承元件温度、外壳温度、激励器温度、传感器温度。

附图说明

现在将参照示例性实施例来描述本发明。

图1描述了具有示例性科里奥利测量换能器的示例性科里奥利测量装置的结构；

图2描述了根据本发明的方法的序列。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的示例性科里奥利测量装置10的结构，该科里奥利测量装置具有根据本发明的示例性科里奥利测量换能器，该科里奥利测量换能器具有振动系统，该振动系统具有两个测量管11、支承元件12、激励器13以及两个传感器14，每个测量管均具有入口和出口，该支承元件用于支承测量管。该激励器被设计成激励两个测量管，以垂直于由弧形测量管限定的纵向测量管平面振动。这些传感器被设计成检测施加在测量管上的振动。温度传感器17被设计成检测测量管的支承元件的温度(受介质温度影响)以及支承元件的温度。传感器和激励器也可以装配有这样的温度传感器。该科里奥利测量换能器被连接到科里奥利测量装置的电子器件外壳80，该电子器件外壳被设计成容纳电子器件测量/控制电路77，该测量/控制电路被设计成操作激励器和传感器，并且基于通过传感器被测量的测量管的振动特性，来确定和提供流率值和/或密度值。该激励器和传感器通过电气连接件19被连接到电子器件测量/控制电路。电气连接件19在每种情况下可以通过电缆引导件捆扎。

根据本发明的科里奥利测量仪器不限于两个测量管的存在。因此，本发明可以在具有任意数量测量管的科里奥利测量装置中实施，例如也可以在单管或四管测量装置中实施。

与此处显示的不同，这些测量管也可以是直的，例如被设计成执行横向或扭转振动。

当操作此种科里奥利测量装置时，必须考虑许多效应。激励器效率相应地影响测量管的振动幅度，并且传感器的灵敏度影响将测量管的振动转换为测量变量(例如，测量电压或测量电流)的能力。科里奥利测量装置通常在启动前，例如在科里奥利测量装置的制造商的客户处，在标准条件下被校准，尤其是由此将激励器对测量管振动的激励与传感器对测量管振动的检测之间的关联加以记录。激励器效率和传感器灵敏度受到影响，这些影响一方面会导致这些变量的可逆变化，但也会导致这些变量的不可逆变化。

可逆影响的示例是由于线圈装置中温度升高而导致传感器的线圈装置的欧姆电阻增加，这导致由相对于线圈装置移动的传感器磁体对电压的感应降低。不可逆变化的示例是例如由于强烈的加热而引起的传感器磁体的老化。取决与传感器(例如，还有光学传感器)或激励器的实际设计，可以产生对应的类似效应。

因此，为了准确测量质量流量和/或密度以及监测老化或状况，需要一种用于操作科里奥利测量装置的适用方法。

图2描述了根据本发明的用于计算与科里奥利测量装置的至少一个测量管11.1相关的质量的示例性方法的序列。

在第一方法步骤101中，至少一个激励器的至少一个激励输入变量AEG与至少一个传感器的至少一个输出变量AG关联，以及

在第二方法步骤102中，基于测量管的振动模型以及关联来确定至少一个测量管的当前振动特性ASE。

在第三方法步骤103中，根据测量管的当前振动特性来确定测量管在标准条件下的标准振动特性SSE。

在至少一个方法步骤中，以下变量中的至少一个被使用：

以下温度中的至少一个的非线性贡献：介质温度、支承元件温度、外壳温度；

介质压力；

磁体装置暴露于相应阈值温度以上的温度的至少一个累积时间；

介质粘度。

通过根据本发明确定标准振动特性，可以更准确地确定测量管的标准振动特性，因为现在校正了细微的干扰影响。

如图2所示，该方法可以具有进一步的方法步骤。

因此，此处所示的方法包括以下方法步骤：

在第四方法步骤104中将标准振动特性与参考振动特性进行比较，该参考振动特性RSE例如通过标准条件下的操作校准或工厂校准来确定。

在第五方法步骤105中观察标准振动特性的时间发展，

在第六方法步骤106中，如果发生如下事项，则输出警告消息：

标准振动特性SSE具有与参考振动特性RSE的最小偏差，

和/或标准振动特性的变化率的值超过最小值。

这样，可以向这种科里奥利测量装置的制造商的客户和/或制造商通知该科里奥利测量装置的测量管例如由于磨蚀或涂层形成而缺乏可靠性或测量管状况不佳，并且能够确保及时更换或清洗。

因此，标准振动特性SSE能够以抽象方式，例如通过以下等式来表示：

SSE＝ASE*K_temp*K_density*K_pressure*K_aging*K_visc，

其中，恒定的线性和非线性的影响可以被用于如上所述的校正项K中。本领域技术人员能够在科里奥利测量装置中量化这些影响，并且确定针对这些影响的对应系数。

例如，校正项K_temp可以定义如下：

K_temp＝C1+K1*T_med+K2*(T_med)^2，其中T_med为介质温度，C1为常数，K1为第一系数，并且K2为第二系数。这同样适用于关于支承元件温度或外壳温度的校正项。这里的非线性项举例而言是二次的，但也可以具有任何其它期望的非线性形式，因此可以例如是对数、位势或指数贡献。

以类似的方式，校正项可以关于永磁体的密度、压力、粘度以及老化的变量利用它们自身的系数来加以格式化。例如，随着永磁体的老化，可以将对数函数或根函数或指数函数用作递减函数来描述老化，其中，磁体装置暴露于相应阈值温度以上的温度下的至少一个累积时间在每种情况下作为自变量被包括在函数中。使用具有指数函数的函数来描述老化的示例如下：C2–K3*exp(-x*K4+K5)，其中x作为累积时间的变量，C2作为常数，K3到K5作为系数。

此处呈现的对SSE和ASE之间的关联的描述仅被解释为示例而非限制。

附图标记列表

10 科里奥利测量装置

11 振动系统

11.1 测量管

12 支承元件

13 激励器

14 传感器

15 磁体装置

16 线圈装置

17 温度传感器

19 电气连接件

77 电子器件测量/控制电路

80 电子器件外壳

100 方法

101-106 方法步骤

AEG 激励输入变量

AG 输出变量

ASE 当前振动特性

SSE 标准振动特性

RSE 参考振动特性

Claims (14)

1.一种用于计算与科里奥利测量装置(10)的至少一个测量管(11.1)有关的质量的方法(100)，所述科里奥利测量装置(10)用于测量流过所述测量管的介质的密度或质量流率，

所述科里奥利测量装置具有以下部件：

振动系统(11)，所述振动系统具有用于传导所述介质的至少一个测量管(11.1)，

至少一个激励器(13)和至少两个传感器(14)，所述至少一个激励器被设计成激励测量管振动，所述至少两个传感器用于检测所述测量管振动，所述激励器和/或所述传感器各自具有带有永磁体的至少一个磁体装置(15)和一个线圈装置(16)，

支承元件(12)，所述支承元件用于支承所述至少一个测量管，

电子器件测量/控制电路(77)，所述电子器件测量/控制电路被设计成操作所述激励器，并且被设计成提供所述密度和/或质量流量的测量值，并执行所述方法，

电子器件外壳(80)，所述电子器件测量/控制电路被布置在所述电子器件外壳中，

所述方法(100)至少具有以下步骤：

将所述至少一个激励器的至少一个激励输入变量(AEG)与至少一个传感器的至少一个输出变量(AG)关联(101)，

基于所述测量管的振动模型和所述关联来确定所述振动系统的当前振动特性(ASE)(102)，

从所述振动系统的所述当前振动特性确定所述测量管在标准条件下的标准振动特性(SSE)(103)，

其特征在于，在至少一个方法步骤中，以下变量中的至少一个被使用：

以下温度中的至少一个的非线性贡献：介质温度、支承元件温度、外壳温度；

介质压力；

所述磁体装置暴露于相应阈值温度以上的温度下的至少一个累积时间；

介质粘度。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，当使用所述介质温度和/或所述支承元件温度和/或所述外壳温度时，使用第一温度系数集合或第二温度系数集合，

其中，如果所述介质温度高于极限温度，则使用所述第一温度系数集合，

其中，如果所述介质温度低于所述极限温度，则使用所述第二温度系数集合。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，附加地使用以下变量中的至少一个来计算所述标准振动特性：

以下温度中的至少一个：介质温度、支承元件温度、外壳温度、激励器温度、传感器温度；

介质密度和/或介质密度的平方。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，第一累积时间相对于第一阈值温度被测量，并且第二累积时间相对于第二阈值温度被测量并且被用于计算所述标准振动特性。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，所述至少一个累积时间在每种情况下是非线性的、单调且特别是递减函数的自变量，

其中，例如通过对数函数或根函数或指数函数来描述所述函数。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，所述介质温度和/或所述支承元件温度和/或所述外壳温度分别由为此目的设置的至少一个温度传感器确定。

7.根据权利要求2到6中的任一项所述的方法，

其中，所述测量管或所述支承元件或所述电子器件外壳的外壳壁的弹性模量被用于确定温度系数集合中的温度系数。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，所述非线性贡献例如是二次的、对数的、位势的或指数的贡献。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，所述方法包括以下方法步骤：

将所述标准振动特性与参考振动特性进行比较(104)，所述参考振动特性(RSE)例如通过标准条件下的操作校准或工厂校准来确定。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，所述方法包括以下方法步骤：

观察所述标准振动特性的时间进展(105)，以及

如果发生如下事项，则输出警告消息(106)：

所述标准振动特性(SSE)具有与所述参考振动特性(RSE)的最小偏差，

和/或所述标准振动特性的变化率的值超过最小值。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，

其中，所述振动特性是模态刚度。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中，振动模型被形成具有被应用高达二阶的自由度，

特别地，所述振动模型具有分量

其中，

F_D是由所述至少一个激励器施加在所述至少一个测量管上并且形成所述激励输入变量的激励力，

X_S是由所述激励器引起的所述振动系统的振动幅度，所述振动幅度形成响应变量，

a是所述至少一个测量管的材料相关和几何形状相关的常数，

h是所述至少一个测量管的管壁厚度，

ω₀是分别激励的振动模式的共振频率，

Q是质量因数，所述质量因数描述了在单次激励期间所述振动系统的振动的衰减行为，以及

s＝iω，其中ω对应于所述振动系统的激励频率，

以及

其中，a和h的乘积是所述至少一个测量管的模态刚度的量度。

13.一种被设计成用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法的科里奥利测量装置(10)，包括：

振动系统(11)，所述振动系统具有用于传导所述介质的至少一个测量管(11.1)，

至少一个激励器(13)和至少两个传感器(14)，所述至少一个激励器被设计成激励测量管振动，所述至少两个传感器用于检测所述测量管振动，所述激励器和/或所述传感器各自具有带有永磁体的至少一个磁体装置(15)和一个线圈装置(16)，

支承元件(12)，所述支承元件用于支承所述至少一个测量管，

电子器件测量/控制电路(77)，所述电子器件测量/控制电路被设计成操作所述激励器，并且被设计成提供所述密度和/或质量流量的测量值，并执行所述方法，

电子器件外壳(80)，所述电子器件测量/控制电路被布置在所述电子器件外壳中。

14.根据权利要求13所述的科里奥利测量装置，

其中，所述科里奥利测量装置(10)具有至少一个温度传感器(17)，所述至少一个温度传感器被设计成测量以下温度中的至少一个：

介质温度、支承元件温度、外壳温度、激励器温度、传感器温度。

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