CN114341597A - 科里奥利测量传感器和科里奥利测量装置 - Google Patents

科里奥利测量传感器和科里奥利测量装置 Download PDF

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CN114341597A CN202080059424.9A CN202080059424A CN114341597A CN 114341597 A CN114341597 A CN 114341597A CN 202080059424 A CN202080059424 A CN 202080059424A CN 114341597 A CN114341597 A CN 114341597A
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本杰明·施文特
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Abstract

本发明涉及一种用于测量流经管道的介质的密度或质量流量的科里奥利测量装置(1)的科里奥利测量传感器(10)，包括：至少一个测量管(11)，用于传导介质；支撑体(12)，用于支撑至少一个测量管；至少一个振动发生器(13)，用于产生测量管振动；至少两个振动传感器(14)，用于感测测量管振动，其中，每个振动传感器具有至少一个永磁体(14.1)和至少一个传感器线圈(14.2)，并且其中，振动发生器在每种情况下具有至少一个永磁体(13.1)和至少一个激励器线圈(13.2)，其特征在于：科里奥利测量传感器具有至少一个振幅传感器(15)，振幅传感器被设计为感测测量管振动的振动振幅。

Description

科里奥利测量传感器和科里奥利测量装置
技术领域
本发明涉及用于测量流经管道的介质的密度或质量流量的科里奥利测量传感器，以及涉及具有这种科里奥利测量传感器的科里奥利测量装置。
背景技术
这种科里奥利测量传感器或科里奥利测量装置为本领域公知，如DE102015120087A1中所示，并且通常包括一个或多个测量管，所述测量管在操作期间被连接到管道并引导介质流过管道。振动发生器使得测量管振动，并且振动传感器感测测量管振动，其中，通过利用科里奥利效应，可以从测量管振动中得出有关介质特性的结论，例如密度或质量流量。
振动发生器和振动传感器通常在每种情况下包括至少一个永磁体并且在每种情况下包括至少一个线圈，其中测量管振动导致永磁体相对于关联线圈的运动。就发生器而言，通过将激励器电流施加于激励器线圈来触发测量管振动，其中，由此产生的磁场触发关联永磁体上的力。相反，测量管振动导致被评估为测量电压的电压的感应。
永磁体与关联线圈之间的相互作用受到永磁体状态的强烈影响。老化效应导致永磁体的固有磁场衰减。如果不考虑或者不了解这些效应，则介质属性的测量值会失真。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种科里奥利测量传感器和一种科里奥利测量装置，其中可以识别并补偿永磁体的老化效应。
通过根据独立权利要求1的科里奥利测量传感器和根据独立权利要求6的科里奥利测量装置来实现所述目的。
根据本发明用于测量流经管道的介质的密度或质量流量的科里奥利测量装置中的科里奥利测量传感器包括：
至少一个测量管，用于传导介质；
支撑体，用于支撑至少一个测量管；
至少一个振动发生器，用于产生测量管振动；
至少两个振动传感器，用于感测测量管振动，
其中，振动传感器在每种情况下具有至少一个永磁体，并且在每种情况下具有至少一个传感器线圈，
并且其中，振动发生器在每种情况下具有至少一个永磁体，并且在每种情况下具有至少一个激励器线圈，
其中
科里奥利测量传感器具有至少一个振幅传感器，振幅传感器被设计为感测测量管振动的振动振幅，
其中，振幅传感器具有第一线圈和第二线圈，它们彼此磁耦合，特别地是彼此同轴对准，
其中，线圈被配置为通过测量管振动彼此相对移动，特别地是沿着它们的线圈轴彼此相对移动，
其中，第一线圈被设计为供以测量电流，特别地是直流电，并产生磁场，
其中，第二线圈被配置为感测磁场并产生感应测量电压。
通过这种方式，可以在没有易老化永磁体的情况下测量所述测量管的振幅，从而可以在操作期间对振动传感器和/或振动发生器进行校准，或者可以在操作期间对振动传感器或振动发生器的老化相关的损坏进行补偿。
在此可将直流电或交流电施加于第一线圈，其中这种交流电的频率不应与测量管的振动频率或振动频率的谐波匹配，从而防止不希望的影响，特别地是相互影响。
将交流电施加于第一线圈，特别地是在大于测量管的振动频率的频率下，可以在信号处理方面具有优势。但是由于辐射的原因，交变电磁场也可能并非所需。本领域技术人员可以根据自己的具体情况考虑这些方面并因此将测量电流施加于第一线圈。
在一个实施例中，第一线圈关于支撑体具有固定的位置，并且其中，第二线圈被配置为跟随测量管的振动运动。
通过这种方式，可以防止被供以测量电流的线圈由于自身的运动而产生非静态磁场分量。
在一个实施例中，振幅传感器被配置为感测测量管在最大振幅区域中的振动振幅。
在一个实施例中，第一线圈是亥姆霍兹线圈，其中，第二线圈被设计为特别地是通过测量管振动至少部分地移动到第一线圈中。
在一个实施例中，可通过测量电流以及感应测量电压来计算测量管的振动振幅。
在第二线圈中感应的测量电压能够得出关于测量管速度的结论，并且测量电流是在第一线圈中产生的磁场强度的量度。可以借助其他变量(例如线圈的电感)来计算振动振幅。
在一个实施例中，科里奥利测量传感器具有至少一个测量管对，其中，测量管对中的测量管被配置为相对于彼此振动，其中，振动发生器具有两个激励器线圈，每个激励器线圈被布置在测量管对的一测量管上，其中，振动发生器的永磁体被布置在一测量管上，
和/或其中
振动传感器具有两个传感器线圈，传感器线圈在每种情况下被布置在测量管对的一测量管上，其中，振动发生器的永磁体被布置在一测量管上，其中，各个振动传感器的激励器线圈和/或传感器线圈在每种情况下形成振幅传感器的第一线圈和第二线圈。
根据本发明用于测量流经管道的介质的密度或质量流量的科里奥利测量装置包括：
根据本发明的科里奥利测量传感器，
电子测量/操作电路，被配置为操作振动发生器和振幅传感器，还被配置为基于由振动传感器感测的测量管振动提供密度和/或质量流量的测量值，
电子外壳，其中布置电子测量/操作电路，
其中，通过振幅传感器和至少一个振动传感器，电子测量/操作电路被配置为确定并且特别地是补偿振动传感器的永磁体的老化，
和/或
通过振幅传感器和至少一个振动发生器确定并且特别地是补偿振动发生器的永磁体的老化。
在一个实施例中，电子测量/操作电路被配置为通过测量电流和测量电压来确定测量管的振动振幅。
在一个实施例中，电子测量/操作电路被配置为至少通过以下测量变量来补偿振动传感器的永磁体的老化：
在校准期间测量管的测量振动振幅；
在校准期间传感器线圈中的感应电压；
在当前时间点测量管的测量振动振幅；
在当前时间点传感器线圈中的感应电压，
和/或其中
电子测量/操作电路被配置为至少通过以下测量变量来补偿振动发生器的永磁体的老化：
在校准期间测量管的测量振动振幅；
在校准期间激励器线圈中的感应电压；
在当前时间点测量管的测量振动振幅；
在当前时间点激励器线圈中的感应电压。
在用于补偿根据本发明的科里奥利测量装置的振动发生器/振动传感器的老化的方法中，至少一个振幅传感器确定至少一个测量管的振动振幅，其中，振幅传感器具有第一线圈和第二线圈，它们彼此磁耦合，特别地是彼此同轴对准，其中，线圈被设计为通过测量管振动彼此相对移动，特别地是沿着它们的线圈轴彼此相对移动，
其中，第一线圈被配置为供以测量电流，特别地是直流电，并产生磁场，其中，第二线圈被配置为感测磁场并产生感应测量电压，
其中，所述方法包括以下步骤：
通过测量电流和测量电压，借助振幅传感器来测量校准期间测量管的振动振幅；
在校准期间测量激励器线圈/传感器线圈中的感应电压；
通过测量电流和测量电压，借助振幅传感器来测量在当前时间点测量管的振动振幅；
在当前时间点测量激励器线圈/传感器线圈中的感应电压；
至少通过在前述方法步骤期间感测的测量变量确定振动发生器/振动传感器的永磁体的老化状态。
附图说明
下面基于附图所示的示例性实施例来描述本发明。如下所示：
图1是根据本发明的示例性科里奥利测量装置；
图2a)是两个测量管上的振动传感器布置或振动发生器的示例性实施例的示意图；
图2b)是两个测量管上的振幅传感器布置的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出具有根据本发明的示例性科里奥利测量传感器的根据本发明的示例性科里奥利测量装置10的结构，其中科里奥利测量传感器具有带两个测量管11的振动系统，根据本发明，每个测量管具有入口和出口、用于支撑测量管的支撑体12、振动发生器13、两个振动传感器14和振幅传感器15。发生器被设计为激励两个测量管垂直于由拱形测量管在每种情况下限定的纵向测量管平面振动。传感器被设计为感测施加在测量管上的振动。温度传感器17被配置为感测支撑体、测量管(受介质温度影响)和支撑体的温度。传感器和发生器也可以配备这种温度传感器。科里奥利测量传感器被连接到科里奥利测量装置的电子外壳80，电子外壳80被设计为容纳电子测量/操作电路77，电子测量/操作电路77被设计为操作振动发生器以及振动传感器和振幅传感器15，并基于通过传感器测量的测量管的振动特性，确定并提供流量测量值和/或密度测量值。发生器和传感器元件通过电连接19被连接到电子测量/操作电路。在每种情况下可通过电缆引导将电连接19组合在一起。
操作这种科里奥利测量装置时必须考虑一些影响。发生器效率因此影响测量管的振动振幅，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通过科里奥利测量装置制造商的客户在标准条件下进行校准，并且除其他之外，因此记录发生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系。发生器效率以及传感器灵敏度在此受到影响，这一方面可能导致这些变量的可逆变化，另一方面也可能导致这些变量的不可逆变化。
可逆影响的示例是由于传感器的线圈装置的温度升高所致的线圈装置的欧姆电阻增加，这导致通过相对于线圈装置移动传感器磁体的减小的电压的感应。不可逆变化的示例是传感器磁体的老化，例如由于过度加热。
具有第一线圈15.1和第二线圈15.2(参见图2)的振幅传感器15被配置为测量所述测量管的振动振幅，其中第一线圈被配置为承受测量电流，特别地是直流电，并产生磁场，其中第二线圈被配置为感测磁场并产生感应测量电压。
通过以这种方式布置线圈从而通过测量管振动使得线圈相对于彼此移动，可通过测量电流和测量电压以及测量管的振动频率来计算振动振幅。
在本文所示的科里奥利测量装置中，可将第一线圈和第二线圈分别布置在测量管上，使得它们相互对准，特别地是同轴对准，从而实现良好的磁耦合，并通过测量管振动彼此相对移动，特别地是沿着它们的线圈轴15.3彼此相对移动的目的。
或者，也可以只将其中一个线圈附接在测量管上，将另一个线圈固定在支撑体上，其中，在这种情况下同样地将它们相互对准，特别地是同轴对准，并且由于测量管振动，它们彼此相对移动，特别地是沿着它们的线圈轴15.3彼此相对移动。
电子测量/操作电路77被配置为至少通过以下测量变量来补偿振动传感器的永磁体14.1的老化：
在校准期间测量管的测量振动振幅；
在校准期间传感器线圈中的感应电压；
在当前时间点测量管的测量振动振幅；
在当前时间点传感器线圈中的感应电压，
和/或其中
电子测量/操作电路77被配置为至少通过以下测量变量来补偿振动发生器13的永磁体13.1的老化：
在校准期间测量管11的测量振动振幅；
在校准期间激励器线圈中的感应电压；
在当前时间点测量管的测量振动振幅；
在当前时间点激励器线圈中的感应电压。
通过这种方式，可以在没有易老化永磁体的情况下测量所述测量管的振幅，从而可以在操作期间对振动传感器和/或振动发生器进行校准，或者可以在操作期间对振动传感器或振动发生器的老化相关的损坏进行补偿。
在此可将直流电或交流电施加于第一线圈，其中这种交流电的频率不应与测量管的振动频率或振动频率的谐波匹配，从而防止不希望的影响，特别地是相互影响。
将交流电施加于第一线圈，特别地是在大于测量管的振动频率的频率下，可以在信号处理方面具有优势。但是由于辐射的原因，交变电磁场也可能并非所需。本领域技术人员可以根据自己的具体情况考虑这些方面并因此将测量电流施加于第一线圈。
根据本发明的科里奥利测量装置并不限于有两个测量管。本发明因此可以在具有任意数量的测量管的科里奥利测量装置中，例如，甚至在单管或四管测量装置中得以实施。
与本文所示的情况不同，测量管也可以是直管，例如，被配置为进行横向或扭转振动。
图2a)示出振动发生器13或振动传感器14在科里奥利测量传感器的两个测量管上的示例性示意性布置，其中将永磁体13.1、14.1布置在一个测量管上，在每种情况下将传感器线圈14.2或激励器线圈13.2布置在另一个测量管上。在此将测量管配置为相对于彼此振动，其中，在振动传感器的情况下，由于永磁体与传感器线圈之间的相对运动，在线圈中发生电压的感应，可将其用作确定介质特性的测量电压。在振动发生器的情况下，可将电流施加于激励器线圈，以在相应的永磁体上施加力，从而产生测量管振动。除其他原因之外，产生测量管振动或通过在传感器线圈中的电压的感应的其检测的效率取决于永磁体的老化状态。
为了能够感测这些老化状态，根据本发明的振幅传感器被配置有第一线圈15.1和第二线圈15.2(参见图2b))，其中，如图所示，在每种情况下，可将一个线圈布置在测量管上。通过向第一线圈施加测量电流，特别地是直流电，从而产生磁场，并通过利用第二线圈来感测磁场，可以确定测量管的振动振幅。
为了补偿振动传感器中的老化效应，可以考虑以下测量变量：
在校准期间测量管的测量振动振幅；
在校准期间传感器线圈中的感应电压；
在当前时间点测量管的测量振动振幅；
在当前时间点传感器线圈中的感应电压。
为了补偿振动发生器中的老化效应，可以考虑以下测量变量：
在校准期间测量管的测量振动振幅；
在校准期间激励器线圈中的感应电压；
在当前时间点测量管的测量振动振幅；
在当前时间点激励器线圈中的感应电压。
为了根据振动发生器或振动传感器的位置处的振动振幅推导出振幅传感器的位置处的振动振幅，可以考虑其他测量变量以便补偿，例如介质压力、介质温度、介质密度、测量管刚度。
附图标记列表
1 科里奥利测量装置
10 科里奥利测量传感器
11 测量管
12 支撑体
13 振动发生器
13.1 永磁体
13.2 激励器线圈
14 振动传感器
14.1 永磁体
14.2 传感器线圈
15 振幅传感器
15.1 第一线圈
15.2 第二线圈
15.3 线圈轴
77 电子测量/操作电路
80 电子外壳

Claims (10)

1.一种用于科里奥利测量装置(1)的科里奥利测量传感器(10)，所述科里奥利测量装置(1)用于测量流经管道的介质的密度或质量流量，包括：
至少一个测量管(11)，所述至少一个测量管用于传导所述介质；
支撑体(12)，所述支撑体用于支撑所述至少一个测量管；
至少一个振动发生器(13)，所述至少一个振动发生器用于产生测量管振动；
至少两个振动传感器(14)，所述至少两个振动传感器用于感测测量管振动，
其中，每个所述振动传感器具有至少一个永磁体(14.1)和至少一个传感器线圈(14.2)，
并且其中，所述振动发生器在每种情况下具有至少一个永磁体(13.1)，并且在每种情况下具有至少一个激励器线圈(13.2)，
其中
所述科里奥利测量传感器具有至少一个振幅传感器(15)，所述振幅传感器被配置为感测所述测量管振动的振动振幅，
其特征在于：所述振幅传感器具有第一线圈(15.1)和第二线圈(15.2)，它们彼此磁耦合，特别地是彼此同轴对准，
其中，所述线圈被设计为通过测量管振动彼此相对移动，特别地是沿着它们的线圈轴(15.3)彼此相对移动，
其中，所述第一线圈被设计为被供以测量电流，特别地是直流电，并产生磁场，
其中，所述第二线圈被配置为感测所述磁场并产生感应测量电压。
2.根据权利要求1所述的科里奥利测量传感器，
其中，所述第一线圈(15.1)相对于所述支撑体(12)具有固定的位置，并且其中，所述第二线圈(15.2)被设计为跟随所述测量管(11)的振动运动。
3.根据权利要求1或2所述的科里奥利测量传感器，
其中，所述振幅传感器(15)被配置为感测所述测量管在最大振幅区域中的振动振幅。
4.根据前述权利要求中任一项所述的科里奥利测量传感器，
其中，所述第一线圈(15.1)是亥姆霍兹线圈，其中，所述第二线圈(15.2)被设计为特别地是通过所述测量管振动至少部分地移动到所述第一线圈中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的科里奥利测量传感器，
其中，能够通过所述测量电流以及所述感应测量电压来计算所述测量管(11)的振动振幅。
6.根据前述权利要求中任一项所述的科里奥利测量传感器，
其中，所述科里奥利测量传感器具有至少一个测量管对，其中，所述测量管对中的所述测量管被配置为相对于彼此振动，
其中，所述振动发生器(13)具有两个激励器线圈(13.2)，每个激励器线圈被布置在所述测量管对的一测量管上，其中，所述振动发生器的永磁体被布置在一测量管上，
和/或其中
所述振动传感器(14)在每种情况下具有两个传感器线圈(14.2)，所述传感器线圈分别被布置在所述测量管对的一测量管上，其中，所述振动发生器的永磁体被布置在一测量管上，
其中，各个振动传感器的激励器线圈和/或传感器线圈在每种情况下形成所述振幅传感器的第一线圈(15.1)和第二线圈(15.2)。
7.一种用于测量流经管道的介质的密度或质量流量的科里奥利测量装置(1)，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的科里奥利测量传感器(10)；
电子测量/操作电路(77)，所述电子测量/操作电路被配置为操作振动发生器(13)和振幅传感器(15)，还被配置为基于由所述振动传感器感测的测量管振动提供密度和/或质量流量的测量值，
电子外壳(80)，在所述电子外壳中布置所述电子测量/操作电路，
其特征在于：
所述电子测量/操作电路被配置为通过所述振幅传感器(15)和至少一个振动传感器(14)确定并且特别地是补偿所述振动传感器的永磁体(14.1)的老化，
和/或
通过所述振幅传感器(15)和至少一个振动发生器(13)确定并且特别地是补偿所述振动发生器的永磁体(13.1)的老化。
8.根据权利要求7所述的科里奥利测量装置，
其中，所述电子测量/操作电路(77)被配置为通过所述测量电流和所述测量电压来确定所述测量管(11)的振动振幅。
9.根据权利要求7或8所述的科里奥利测量装置，
其中，所述电子测量/操作电路(77)被配置为至少通过以下测量变量来补偿所述振动传感器的永磁体(14.1)的老化：
在校准期间所述测量管的测量振动振幅；
在校准期间所述传感器线圈中的感应电压；
在当前时间点所述测量管的测量振动振幅；
在当前时间点所述传感器线圈中的感应电压，
和/或其中
所述电子测量/操作电路(77)被配置为至少通过以下测量变量来补偿所述振动发生器(13)的永磁体(13.1)的老化：
在校准期间所述测量管(11)的测量振动振幅；
在校准期间所述激励器线圈中的感应电压；
在当前时间点所述测量管的测量振动振幅；
在当前时间点所述激励器线圈中的感应电压。
10.一种补偿根据权利要求7至9中任一项所述的科里奥利测量装置的振动发生器/振动传感器的老化的方法，
其中，至少一个振幅传感器确定至少一个测量管的振动振幅，其中，所述振幅传感器具有第一线圈(15.1)和第二线圈(15.2)，它们彼此磁耦合，特别地是彼此同轴对准，其中，所述线圈被设计为通过测量管振动彼此相对移动，特别地是沿着它们的线圈轴(15.3)彼此相对移动，
其中，所述第一线圈被配置为被供以测量电流，特别地是直流电，并产生磁场，其中，所述第二线圈被配置为感测所述磁场并产生感应测量电压，
其中，所述方法包括以下步骤：
通过所述测量电流和所述测量电压，借助振幅传感器来测量校准期间所述测量管的振动振幅；
测量校准期间激励器线圈/传感器线圈中的感应电压；
通过所述测量电流和所述测量电压，借助振幅传感器来测量在当前时间点所述测量管的振动振幅；
测量当前时间点激励器线圈/传感器线圈中的感应电压；
至少通过在前述方法步骤期间感测的测量变量确定振动发生器/振动传感器的永磁体的老化状态。
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