CN114303049A

CN114303049A - 确定介质的粘度的方法和测量装置

Info

Publication number: CN114303049A
Application number: CN202080059444.6A
Authority: CN
Inventors: 阿尔弗雷德·里德; 维韦·库马尔; 马蒂亚·阿里奥利
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2022-04-08
Also published as: US20220307886A1; US12013275B2; DE102019123368A1; EP4022262A1; WO2021037492A1

Abstract

一种基于测量管的振荡模式的临时阻尼测量值来确定目标测量值(X)的方法，所述目标测量值包括介质的粘度或粘度相关变量，所述方法包括：激励振荡模式的振荡；对于测量管振荡模式，检测(110；210)一系列临时阻尼测量值；以及计算(140；240)目标测量值(X)；其中，通过基于临时阻尼测量值来确定(130；230)经过纠正的阻尼测量值(所述经过纠正的值对应于当介质静止时的阻尼)，并且基于经过纠正的阻尼测量值来确定目标测量值，校正对于介质的流量的阻尼的交叉敏感性的影响，或者通过基于临时阻尼测量值来确定(112；114)阻尼相关变量的临时中间值，确定(132；134)对应于当介质静止时的中间值的经过纠正的中间值，并且基于经过纠正的中间值来确定(142)目标测量值，校正对于介质的流量的阻尼的交叉敏感性的影响。

Description

确定介质的粘度的方法和测量装置

技术领域

本发明涉及基于科里奥利质量流量计或具有振荡测量管的密度测量装置的测量管振荡的阻尼来确定介质的粘度的方法。本发明进一步涉及用于实施所述方法的测量装置。

背景技术

基于测量管振荡的阻尼确定粘度本身是已知的，例如已公开专利申请DE 100 20606 A1和DE 10 2004 014 029 A1的主题。本专利申请的发明人的研究表明，超过临界流量或流动速度，阻尼具有增加的波动并且阻尼的均值增加。因此，阻尼受影响变量而非在测量管中传导的介质的粘度的影响。因此，本发明的目的是提供一种方法和测量装置，即使在大流量下也能实现可靠的粘度测量。根据本发明，通过根据权利要求1的方法和根据权利要求12的测量装置来实现该目的。

发明内容

根据本发明的方法用于基于测量管的至少一个振荡模式的临时阻尼测量值来确定流经测量管的介质的目标测量值(X)的方法，目标测量值包括介质的粘度或粘度相关变量，其中，阻尼取决于介质的粘度并对介质的流量具有交叉敏感性，其中所述方法包括：

激励至少一个振荡模式的振荡；

对于至少一个测量管振荡模式，检测一系列临时阻尼测量值；以及

计算目标测量值(X)；

其特征在于，

通过基于临时阻尼测量值来确定对应于非流动介质情况下的阻尼的经过调整的阻尼测量值，以及基于经过调整的阻尼测量值来确定目标测量值，校正阻尼的交叉敏感性对介质的流量的影响，或者

通过基于临时阻尼测量值来确定阻尼相关变量的临时中间值，确定对应于非流动介质情况下的中间值的经过调整的中间值，以及基于经过调整的中间值来确定目标测量值，校正阻尼的交叉敏感性对介质的流量的影响。

在本发明的改进方案中，对超过临界速率值的流量的阻尼的交叉敏感性导致阻尼随着流量增加，并且其中，临时阻尼测量值的波动随着流量增加，

其中，基于临时阻尼测量值或临时中间值的波动和/或基于取决于介质的流动参数的函数来校正交叉敏感性的影响，其中，流动参数包括质量流量、体积流量、雷诺数或流量的值，特别地是其临时值。

在本发明的改进方案中，基于临时阻尼测量值或临时中间值的波动来校正交叉敏感性的影响，

其中，确定临时阻尼测量值的波动或中间值的波动，其中，基于临时阻尼测量值来计算中间值；

其中，确定用于临时阻尼或中间值的波动相关校正项，临时阻尼测量值或中间值将利用校正项来校正，以便获得经过调整的阻尼值或经过调整的值；

其中，基于经过调整的阻尼值或经过调整的中间值来确定目标测量值。

在本发明的改进方案中，波动相关校正项包括临时阻尼测量值或中间变量的标准偏差的函数。

在本发明的改进方案中，校正项是标准偏差的线性函数，特别地是与标准偏差成比例，其中，特别地是通过与校正项相乘或通过与校正项相减来获得经过调整的阻尼值或经过调整的中间值。

在本发明的改进方案中，形成用校正项校正的多个阻尼测量值的临时阻尼均值，以便校正临时阻尼测量值，或者，形成用校正项校正的多个中间值的中间均值，以便校正中间值。

在本发明的改进方案中，中间值包括临时目标测量值，临时目标测量值基于阻尼测量值来计算而无需对交叉敏感性进行校正，其中，经过调整的中间值特别地是充当目标测量值。

在本发明的改进方案中，可将作为粘度测量值或粘度相关变量测量值的目标测量值X_i描述为经过调整的阻尼值D‘_i的线性函数X_i＝F(D‘_i)，

其中，将中间值确定为临时阻尼测量值的函数Z_i＝G(D_i)，

其中，将目标测量值确定为经过调整的中间值的函数X_i＝H(Z‘_i)，并且

其中，以下适用：

|(H(G(D‘_i))-F(D‘_i))/F(D_i)|＝E，其中，E<0.05，特别地，E<0.02，特别地，E>0.01。

在本发明的改进方案中，基于取决于流动参数的函数来校正交叉敏感性的影响。

在本发明的改进方案中，确定作为流动参数以及流动参数的临界值SK的函数的校正项，以便校正交叉敏感性，其中，流动参数的临界值与流动参数在临界流量下的值相对应，其中，对于流动参数的超过临界流动参数的值，函数本质上是流动参数的线性函数。

在本发明的改进方案中，目标变量包括介质的粘度、雷诺数、质量流量、体积流量和/或密度，其中，关于对粘度的交叉敏感性来校正质量流量、体积流量和/或密度。

根据本发明的用于确定可流动介质的目标变量的测量装置包括：至少一个振荡测量管，用于传导介质；至少一个激励器，用于激励测量管的振荡；至少一个传感器，用于检测测量管的振荡并输出振荡相关信号；以及测量和操作电路，用于驱动激励器并处理振荡相关信号；其中，根据本发明，将测量和操作电路配置为执行根据本发明的方法。

附图说明

下面基于附图所示的示例性实施例更详细地解释本发明。如下所示：

图1是根据本发明的测量装置的示例性实施例的示意图；

图2是示出阻尼作为流量的函数的示意图；

图3是根据本发明的方法的第一示例性实施例的流程图；

图4是根据本发明的方法的第二示例性实施例的流程图。

具体实施方式

图1所示根据本发明的测量装置1的示例性实施例包括振荡器10，振荡器10包括一对振荡测量管14，它们平行地运行并在入口侧法兰11与出口侧法兰12之间延伸，其中每个法兰包括测量管14在其中开口的分流器或收集器。分流器通过刚性外壳15相互连接，以便在振荡器的有用弯曲振荡模式的振荡频率范围内有效地抑制容纳测量管的分流器的振荡。测量管10与入口侧节点板20和出口侧节点板21刚性连接，其中节点板限定由两个测量管14形成的振荡器10的振荡节点，以便大致建立有用弯曲振荡模式的频率。振荡器10受电动激励器17激励而振荡，电动激励器17在两个测量管14之间起作用，其中通过两个振荡传感器18、19检测测量管14相对于彼此的相对运动来检测振荡。激励器17由操作和评估电路30操作，其中，后者还检测和评估振荡传感器的信号，以便确定密度测量值和可能的质量流量测量值。根据本发明，操作和评估电路30同样被配置为执行根据本发明的方法，即，特别地是确定测量管振荡的临时阻尼测量值并由此计算经过调整的阻尼测量值。与图1所示不同，操作和评估电路还可包括在空间上分离的多个模块。因此，也可以在远程计算模块中计算阻尼，所需原始数据例如以无线方式传输到远程计算模块。

图2示出作为液体流量函数的科里奥利质量流量计测量管振荡的典型阻尼测量值。与阻尼成比例的可观测值例如是激励电流与振荡幅度的比值，其中，通过电磁传感器来检测振荡幅度，作为与速率成比例的感应电压，感应电压将通过振荡频率来归一化。阻尼的波动或标准偏差在宽流量范围内恒定，但是随着流量增加从阈值开始以第一近似线性增加，其中，阻尼的均值也在阈值之上近似线性增加。对于DN 25尺寸的测量传感器，阈值对应于几个m/s，例如大约4m/s的流量。下面有两种根据本发明的方法，从观察的阻尼测量值开始在高于阈值的流量确定与速率无关的或经过调整的阻尼值。首先，可以基于临时阻尼值的标准偏差确定校正项，以便获得经过调整的阻尼值，如参照图3更详细所述。其次，当流量的阈值被超过时，可以基于当前流量与阈值之间的差来确定校正项，如参照图4更详细所述。

下面参照图3解释根据本发明的方法的第一示例性实施例100。在第一方法步骤110中，检测一系列临时阻尼测量值{X‘_1,i}，例如作为激励电流与振荡幅度的比率。在第二步骤120中，确定临时阻尼测量值{X‘_1,i}的标准偏差σ₁({X‘_1,i})。在第三步骤130中，确定经过调整的阻尼值X₁({X‘_1,i},σ₁)，其中，例如从临时阻尼测量值的均值中减去校正项，校正项是标准偏差σ₁的函数，特别地，校正项是标准偏差σ₁的线性函数。然后，可以基于经过调整的阻尼值X₁来计算140粘度值X₂(X₁)。这可以是动态粘度η或运动粘度ν，其中，后者还包括介质的密度测量值。最后，粘度还被包括在其他变量X_N(例如雷诺数Re)中，雷诺数Re基于质量流量和先前确定的动态粘度来计算150。然后，又可以相应地将雷诺数包括在质量流量测量值的校正中，例如EP 1 055 102 B1所述。

第一示例性实施例包括同样在图3中示出的变形。因此，一开始可将临时阻尼测量值{X‘_1,i}转换112为根据阻尼导出的变量的临时中间值{X‘_2,i}({X‘_1,i})。在随后的步骤122中，计算临时中间值{X‘_2,i}的标准偏差σ₂({X‘_2,i})。在第三步骤132中，确定经过调整的中间值X₂({X‘_2,i},σ₂)，其中，例如从临时中间值{X‘_2,i}的均值中减去校正项，校正项是标准偏差σ₂的函数，特别地，校正项是标准偏差σ₂的线性函数。例如，经过调整的中间值可以表示介质的粘度。使用经过调整的中间值X₂，可以确定142其他导出变量X_N，例如雷诺数Re。在其他替代方案中，根据中间变量{X‘_2,i}({X‘_2,i})，一开始可将临时中间变量{X‘_2,i}转换114为临时目标测量值{X‘_N,i}。在随后的步骤124中，计算临时目标测量值{X‘_2,i}的标准偏差σ_N({X‘_N,i})，然后在进一步的步骤134中根据X_N({X‘_N,i},σ_N)，确定经过调整的目标测量值X_N，其中，例如从临时目标测量值{X‘_N,i}的均值中减去校正项，校正项是标准偏差σ_N的函数，特别地，校正项是标准偏差σ_N的线性函数。例如，经过调整的目标测量值X_N可以表示雷诺数Re。

下面参照图4解释根据本发明的方法的第二示例性实施例200。在第一方法步骤210中，检测一系列临时阻尼测量值X_N并计算它们的均值<X‘₁>({X‘_1,i})。在进一步的步骤220中，当检测到临时阻尼测量值{U_i(X‘_1,i}时，计算流动参数U的值U_i的均值<U>。特别地，流动参数可特别地包括流量、质量流量或体积流量。

在进一步的步骤230中，根据临时阻尼测量值的均值<X‘₁>来确定经过调整的阻尼值X₁，其中从临时阻尼测量值的均值中减去校正项，作为超过临界流动参数SK的流动参数的均值<U>的函数，其中，校正项是超过临界流动参数的单调函数。如果选择流量作为流动参数，则对于标称尺寸DN 25的装置，临界流动参数的典型值例如为3m/s至5m/s。具体值将根据装置的不同通过实验来确定。基于经过调整的阻尼值X₁，可以在进一步的步骤240中确定与其相关的测量变量X₂，例如粘度，对于流动参数的影响，同样因此来调整粘度。根据上述第一示例性实施例的变形，本领域技术人员可以构思第二示例性实施例的变形。

Claims

1.一种基于测量管的至少一个振荡模式的临时阻尼测量值来确定流经所述测量管的介质的目标测量值(X)的方法，所述目标测量值包括介质的粘度或粘度相关变量，其中，所述阻尼取决于所述介质的粘度并对所述介质的流量具有交叉敏感性，所述方法包括：

激励至少一个振荡模式的振荡；

对于所述至少一个测量管振荡模式，检测(110；210)一系列临时阻尼测量值；以及

计算(140；240)目标测量值(X)；

其特征在于，

通过基于所述临时阻尼测量值来确定(130；230)与非流动介质情况下的阻尼对应的经过调整的阻尼测量值，以及基于所述经过调整的阻尼测量值来确定所述目标测量值，校正所述阻尼的交叉敏感性对所述介质的流量的影响，或者

通过基于所述临时阻尼测量值来确定(112；114)阻尼相关变量的临时中间值，确定(132；134)与非流动介质情况下的中间值对应的经过调整的中间值，以及基于所述经过调整的中间值来确定(142)所述目标测量值，校正所述阻尼的交叉敏感性对所述介质的流量的影响。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对超过临界速率值的流量的阻尼的交叉敏感性导致所述阻尼随着所述流量增加，并且其中，所述临时阻尼测量值的波动随着所述流量增加，

其中，基于所述临时阻尼测量值或所述临时中间值的波动和/或基于取决于所述介质的流动参数的函数来校正所述交叉敏感性的影响，其中，所述流动参数包括质量流量、体积流量、雷诺数或流量的值，特别地是其临时值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于所述临时阻尼测量值或所述临时中间值的波动来校正所述交叉敏感性的影响，

其中，确定所述临时阻尼测量值的波动或中间值的波动，其中，基于所述临时阻尼测量值来计算所述中间值；

其中，确定用于所述临时阻尼或中间值的波动相关校正项，所述临时阻尼测量值或所述中间值将利用所述校正项来校正，以便获得经过调整的阻尼值或经过调整的值；

其中，基于所述经过调整的阻尼值或基于所述经过调整的中间值来确定所述目标测量值。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述波动相关校正项包括所述临时阻尼测量值或所述中间变量的标准偏差的函数。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述校正项是所述标准偏差的线性函数，特别地是与所述标准偏差成比例，其中，特别地是通过与所述校正项相乘或通过与所述校正项相减来获得所述经过调整的阻尼值或所述经过调整的中间值。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，形成用所述校正项校正的多个阻尼测量值的临时阻尼均值，以便校正所述临时阻尼测量值，或者

其中，形成用所述校正项校正的多个中间值的中间均值，以便校正所述中间值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述中间值包括临时目标测量值，所述临时目标测量值基于所述阻尼测量值来计算而无需对所述交叉敏感性进行校正，其中，所述经过调整的中间值特别地是充当目标测量值。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，能够将作为粘度测量值或粘度相关变量测量值的目标测量值X_i描述为经过调整的阻尼值D‘_i的线性函数X_i＝F(D‘_i)，

其中，将所述中间值确定为临时阻尼测量值的函数Z_i＝G(D_i)，

其中，将所述目标测量值确定为所述经过调整的中间值的函数X_i＝H(Z‘_i)，并且

其中，以下适用：

9.根据权利要求2所述的方法，其中，基于取决于所述流动参数的函数来校正所述交叉敏感性的影响。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，确定作为所述流动参数以及所述流动参数的临界值的函数的校正项，以便校正所述交叉敏感性，其中，所述流动参数的临界值与所述流动参数在所述临界流量下的值相对应，其中，对于所述流动参数的超过临界流动参数(SK)的值，所述函数本质上是所述流动参数的线性函数。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标变量包括所述介质的粘度、雷诺数、质量流量、体积流量和/或密度，其中，关于对所述粘度的交叉敏感性来校正所述质量流量、所述体积流量和/或所述密度。

12.一种用于确定可流动介质的目标变量的测量装置，包括：

至少一个振荡测量管，所述至少一个振荡测量管用于传导介质；

至少一个激励器，所述至少一个激励器用于激励所述测量管的振荡；

至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测所述测量管的振荡并用于输出振荡相关信号；以及

测量和操作电路，所述测量和操作电路用于驱动所述激励器并用于处理所述振荡相关信号；

其特征在于，

所述测量和操作电路被配置为执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。