CN116601467A - 科里奥利质量流量计和用于确定影响流量计的总零点误差的变量的方法、用于确定总零点误差的方法及其操作方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于确定影响科里奥利质量流量计的总零点误差的变量的方法，该方法包括：激励弯曲振动模式的振动；在流率为零时，测量第一总零点误差(T)；确定弯曲振动模式的振动的第一阻尼值(D)；在流率为零时，测量在弯曲振动模式的衰减振动期间的与激励器无关的零点误差(I)；使用第一总零点误差(T)并且使用与激励器无关的零点误差(I)来确定对第一总零点误差(T)的第一激励器相关贡献(E)；以及使用对总零点误差(T)的第一激励器相关贡献(E)并且使用第一阻尼值(D)来确定针对弯曲振动模式的敏感系数(S)。
Description
技术领域
本发明涉及一种科里奥利质量流量计和用于确定影响流量计的总零点误差的变量的方法、用于确定总零点误差的方法及其操作方法
背景技术
科里奥利质量流量计的测量管通过激励器经历弯曲振动模式的激励，其中，该激励理想地发生在弯曲振动模式中的对称性中，其中，
通过测量管的质量流导致与下一个更高的非对称弯曲振动模式相叠加。
这会导致振动测量管的进口侧和出口侧部分之间发生相位移动，对该相位移动进行测量可以确定质量流量。
在实际的测量管中，由于制造公差，激励可能与振动模式的对称性有所偏离，从而由于激励，也会成比例地激励下一个更高的非对称振动模式，这会在流量测量中引起激励器相关的零点误差。
此外，由于制造公差造成的非对称性也可能发生在激励器以外的部件上。这些非对称性会引起与激励器无关的零点误差。
总的零点误差的结果是两个前述误差贡献的总和，其中，还可以确定对弯曲振动模式的阻尼的相关性。
因此，本发明的目的是提供能够精确确定零点误差的方法，并提供能够实现这一方法的科里奥利质量流量计。
发明内容
根据本发明，该目的通过根据独立权利要求1和10所述的方法和根据独立权利要求12所述的科里奥利质量流量计实现。
根据本发明的第一种方法用于确定影响科里奥利质量流量计的零点误差的变量，该流量计包括：至少一个测量管，该至少一个测量管安装成能够振动，以用于传导介质；激励器，该激励器用于激励弯曲振动模式；至少两个振动传感器，该至少两个振动传感器用于检测该测量管的振动；以及至少一个测量和操作电路，该至少一个测量和操作电路用于驱动激励器、用于检测振动传感器的传感器信号以及用于根据传感器信号来确定质量流量测量值，其中，该方法包括：激励该测量管的弯曲振动模式的振动；在流量为零时，确定关于该测量管中的第一介质的总零点误差；确定关于测量管中的第一介质的弯曲振动模式的振动的阻尼值；在流量为零时，确定关于测量管中的第一介质的在弯曲振动模式的衰减振动中的与激励器无关的零点误差；基于总零点误差并且基于与激励器无关的零点误差来确定对总零点误差的激励器相关贡献；以及基于对总零点误差的激励器相关贡献并且基于阻尼值来确定针对弯曲振动模式的敏感系数。
该敏感系数在很大程度上取决于被激励器破坏的对称性程度、特别是由于制造公差而破坏的对称性程度。如果该激励器相对于测量管的位置固定，则该敏感系数实际上不会改变。因此，只要测量管和激励器之间的对称性偏差不变，敏感值一旦确定就可以加以储存，并且用于确定激励器相关的零点误差。在科里奥利质量流量计的预定用途中，可以假定在装置的整个使用寿命中都是如此，测量管不可拆除地连接到激励器。
在本发明的发展中，确定阻尼值包括形成用于激励振动的激励电流和由此实现的振动振幅的商数。
在本发明的发展中，确定阻尼值包括确定弯曲振动模式的衰减振动的时间常数。
在本发明的发展中，确定对总零点误差的激励器相关贡献包括形成总零点误差和与激励器无关的零点误差之间的差值。
在本发明的发展中，确定敏感系数包括将对总零点误差的激励器相关贡献除以阻尼值。
在本发明的发展中，该方法还包括确定更新的与激励器无关的零点误差，该方法包括：激励关于测量管中的第二介质的弯曲振动模式的振动；在流量为零时，测量关于该测量管中的第二介质的第二总零点误差；确定关于该测量管中的第二介质的第二阻尼值；以及基于该第二总零点误差、第二阻尼值以及敏感系数来确定更新的与激励器无关的零点误差。
根据本发明的发展，基于先前确定的影响变量来确定科里奥利质量流量计的与介质有关的第三总零点误差，包括：确定针对弯曲振动模式的振动的第三阻尼值；以及基于该第三阻尼值和弯曲振动模式的敏感系数以及与激励器无关的零点误差来计算第三总零点误差。
在本发明的发展中，该第三总零点误差包括与激励器无关的零点误差和对总零点误差的第三激励器相关贡献之和。
在本发明的发展中，对第三总零点误差的激励器相关贡献包括敏感系数和第三阻尼值的乘积。
本发明还涉及具有能够更换的测量管组件的模块化科里奥利质量流量计。在这些装置中，每次更换测量管组件时，激励器和测量管之间的对称性偏差就会发生变化。因此，优选地在更换测量管组件之后确定新的敏感系数，例如在根据本发明的第三方法中所限定的那样。
根据本发明的第二方法用于操作模块化的科里奥利质量流量计，该模块化的科里奥利质量流量计包括：至少一个测量管，该至少一个测量管安装成能够振动，以用于传导介质；激励器，该激励器用于激励弯曲振动模式；至少两个振动传感器，该至少两个振动传感器用于检测该测量管的振动；以及至少一个测量和操作电路，该至少一个测量和操作电路用于驱动激励器、用于检测振动传感器的传感器信号以及用于根据传感器信号来确定质量流量测量值，其中，该科里奥利质量流量计包括基础模块和可更换的测量管模块，其中，该测量管模块包括测量管以及激励器和两个振动传感器中的每一个的第一部件，其中，该基础模块包括测量和操作电路、带有用于测量管模块的容座的外壳、以及激励器和两个振动传感器中的每一个的第二部件，其中，该方法包括：将测量管模块连接到基础模块，以使得该激励器和两个传感器的第一部件和第二部件在每种情况下处于相对于彼此的操作位置；以及使用根据本发明的第一方法来确定敏感系数和与激励器无关的零点误差。
在本发明的发展中，用于操作该模块化科里奥利质量流量计的方法还包括：通过根据本发明的第二方法来确定总零点误差。
根据本发明的科里奥利质量流量计装配有：至少一个测量管，该至少一个测量管安装成能够振动，以用于传导介质；激励器，该激励器用于激励弯曲振动模式；至少两个振动传感器，该至少两个振动传感器用于检测该测量管的振动；以及至少一个测量和操作电路，该至少一个测量和操作电路用于驱动激励器、用于检测振动传感器的传感器信号以及用于根据传感器信号来确定质量流量测量值，其中，该测量和操作电路被配置成执行根据本发明的方法中的至少一种。
附图说明
现在基于附图所示的示例性实施例来对本发明进行更详细地解释。
附图中：
图1a示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的基础模块的一个示例性实施例；
图1b示出了根据本发明的科里奥利质量流量计的测量管组件的一个示例性实施例；
图1c示出了具有图1a和图1b所示部件的根据本发明的科里奥利质量流量计的示例性实施例；
图2a示出了用于确定科里奥利质量流量计的零点误差的示例性测量数据；
图2b示出了对零点误差的贡献的图；
图2c示出了更新与激励器无关的零点误差的图；
图3a示出了用于确定影响零点误差的变量的示例性实施例的流程图；
图3b示出了用于更新与激励器无关的零点误差的示例性实施例的流程图；
图3c示出了用于确定总零点误差的示例性实施例的流程图；以及
图3d示出了用于操作模块化的科里奥利质量流量计的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
图1a至1c所示的科里奥利质量流量计100的示例性实施例包括基础模块110和能够更换的测量管组件140。
该基础模块110包括外壳120，测量管室122形成在该外壳中，该测量管室用于接纳测量管组件140的测量管141，其中，该测量管室122具有开口124，测量管141可以穿过该开口引入到测量管室144中。激励线圈112和两个传感器线圈114、116布置在测量管室122的壁上。该基础模块还包括测量和操作电路118，激励线圈112和传感器线圈114、116连接到该测量和操作电路。
测量管组件140不仅包括u形测量管141，还包括安装板148，测量管141与该安装板刚性地连接，并且能够固定在外壳主体120中。此外，测量管组件140包括激励磁体142和两个传感器磁体144、146，其中，激励磁体142布置在u形测量管141的弧顶处，而传感器磁体144、146相对于该激励磁体对称地定位在平直测量管部分的入口侧和出口侧上。理想地是，激励磁体142在测量管组件140的安装状态下，与激励线圈112完全对准，以使得通过由激励线圈112和激励磁体142形成的激励器，弯曲振动的激励对称于测量管横向平面发生，测量管141和由传感器线圈和传感器磁体形成的传感器相对于该测量管横向平面具有镜像对称性。然而，由于制造公差，可能会出现轻微的对称性偏差，这会导致质量流量测量中出现零点误差。
图2a示出了用于确定零点误差的示例性测量数据，其中，为此目的，在质量流率为零时执行质量流率测量，即在有源激励器维持弯曲振动使用模式下的振动时执行一次，以确定总零点误差T，并且在激励器关闭情况下的振动衰减期间执行一次，以确定与激励器无关的零点误差I。总零点误差T和与激励器无关的零点误差I之间的差值是激励器相关的零点误差E。在测量零点误差的同时，例如根据激励电流和振动振幅的比率，来确定针对该测量管在弯曲振动模式下的振动的阻尼值D。
图2b示出了如何基于上述测量结果、在正进行的测量操作中确定零点误差。这里假定零点误差中激励器相关的部分E取决于阻尼D，特别是与阻尼D成正比。比例常数是敏感系数S，该敏感系统可以从上述测量中、通过将总零点误差T和与激励器无关的零点误差之间的差值除以阻尼值而获得，即：
S:＝E/D＝(T-I)/D
敏感系数S与图中增加的直线的斜率相对应。例如，如果由于流经测量管的介质的特性发生变化，则建立新的阻尼值D’，新的总零点误差T’根据如下公式获得：T’:＝I+E’＝I+S·D’。
图3a中的流程图总结了根据本发明方法的一个示例性实施例10的程序，该程序从弯曲振动的激励11开始。随后确定12总零点误差T和确定13阻尼值D，接着确定14当激励器关闭时与激励器无关的零点误差I。基于前述变量，确定15对零点误差的激励器相关贡献E，并确定16敏感系数S。
图2b。只要激励器和测量管之间的对称性偏差不发生变化，敏感系数S就保持不变。对于固定安装有测量管的科里奥利质量流量计，在整个运行期间通常如此。然而，对于模块化装置，只有在更换测量管组件时才是如此。相应的有效敏感系数S可以像激励器相关的零点误差I一样储存在测量和操作电路中，并可以用于计算在正进行的测量操作中的总零点误差。
即使与激励器无关的零点误差I更为稳定，它也会发生变化。因此，建议偶尔更新与激励器无关的零点误差I，特别是在介质特性存在重大变化时。该程序将参照图2c进行解释。在流量为零时，检测总零点误差T”和阻尼值D”。因此，更新的与激励器无关的零点误差可以按照以下方式计算：
I’:＝T’-E’＝T’-S·D’。
然后，将更新的与激励器无关的零点误差I”加以存储，并取代先前使用的值。
图3b示出了用于更新与激励器无关的零点误差的示例性实施例20的简要流程图：在确定21流量为零时的总零点误差T’和确定22阻尼值D’之后，可以基于T’、D’和已知值S来确定23与激励器无关的零点误差。
假定影响总零点误差T的变量、即敏感系数S和与激励器无关的零点误差I是已知的，则在正进行的测量操作中，可以在任何时候使用图3c中的示例性实施例30的方法，以基于简单阻尼测量来确定总零点误差，其中，在确定31当前的阻尼值D”后，当前的总零点误差T”可以按如下公式确定：T”:＝I+E”＝I+S·D”。
变量X的作为X’和X”的不同命名仅仅意味着该变量的值可以来源于不同的测量。
图3d最后示出了一种操作模块化的测量装置的方法40，例如在图1a至图1d中所示。该方法以将测量管组件安装在基础模块上开始。然后，使用根据图3a中的示例性实施例的根据本发明的方法10来确定影响零点误差的变量。在测量操作过程中，然后，使用根据图3c中的示例性实施例的根据本发明的方法30来确定总零点误差T。如果有必要，可以根据图3b中的示例性实施例20更新与激励器无关的零点误差I。
Claims (12)
1.一种用于确定影响科里奥利质量流量计的总零点误差的变量的方法，所述科里奥利质量流量计包括：至少一个测量管，所述至少一个测量管安装成能够振动，以用于传导介质；激励器，所述激励器用于激励弯曲振动模式；至少两个振动传感器，所述至少两个振动传感器用于检测所述测量管的振动；以及至少一个测量和操作电路，所述至少一个测量和操作电路用于驱动所述激励器、用于检测所述振动传感器的传感器信号以及用于根据所述传感器信号来确定质量流量测量值，其中，所述方法包括：
激励所述测量管的弯曲振动模式的振动；
在流量为零时，测量关于所述测量管中的第一介质的第一总零点误差；
确定关于所述测量管中的所述第一介质的所述弯曲振动模式的所述振动的第一阻尼值；
在流量为零时，确定关于所述测量管中的所述第一介质的在所述弯曲振动模式的衰减振动期间的与激励器无关的零点误差；
基于所述第一总零点误差并且基于所述与激励器无关的零点误差来确定对所述第一总零点误差的第一激励器相关贡献；以及
基于对所述总零点误差的所述第一激励器相关贡献并且基于所述第一阻尼值来确定针对所述弯曲振动模式的敏感系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一阻尼值包括形成用于激励所述振动的激励电流和由此实现的振动振幅的商数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定所述第一阻尼值包括确定所述弯曲振动模式的所述衰减振动的时间常数。
4.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中，确定对所述第一总零点误差的所述第一激励器相关贡献包括形成所述第一总零点误差和所述与所述激励器无关的零点误差之间的差值。
5.根据前述权利要求中一项所述的方法，其中，确定所述敏感系数包括将对所述第一总零点误差的所述第一激励器相关贡献除以所述第一阻尼值。
6.根据前述权利要求中一项所述的方法，另外包括确定更新的与激励器无关的零点误差，包括：
激励关于所述测量管中的第二介质的弯曲振动模式的振动；
在流量为零时，测量关于所述测量管中的所述第二介质的第二总零点误差；
确定关于所述测量管中的所述第二介质的第二阻尼值；
基于所述第二总零点误差、所述第二阻尼值以及所述敏感系数来确定所述更新的与激励器无关的零点误差。
7.根据前述权利要求中一项所述的方法，另外包括确定所述科里奥利质量流量计的第三总零点误差，其中，所述方法包括：
确定关于所述测量管中的第三介质的所述弯曲振动模式的振动的第三阻尼值；以及
基于所述第三阻尼值和所述弯曲振动模式的所述敏感系数以及所述与激励器无关的零点误差来计算所述第三总零点误差。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三总零点误差包括所述与激励器无关的零点误差和对所述总零点误差的第三激励器相关贡献之和。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，对所述总零点误差的所述第三激励器相关贡献包括所述敏感系数和所述第三阻尼值的乘积。
10.一种用于操作模块化的科里奥利质量流量计的方法，所述模块化的科里奥利质量流量计包括：至少一个测量管，所述至少一个测量管安装成能够振动，以用于传导介质；激励器，所述激励器用于激励弯曲振动模式；至少两个振动传感器，所述至少两个振动传感器用于检测所述测量管的振动；以及至少一个测量和操作电路，所述至少一个测量和操作电路用于驱动所述激励器、用于检测所述振动传感器的传感器信号以及用于根据所述传感器信号来确定质量流量测量值，其中，所述科里奥利质量流量计包括基础模块和能够更换的测量管模块，其中，所述测量管模块包括所述测量管以及所述激励器和所述两个振动传感器中的每一个的第一部件，其中，所述基础模块包括所述测量和操作电路、带有用于所述测量管模块的容座的外壳、以及所述激励器和所述两个振动传感器中的每一个的第二部件，其中，所述方法包括：
将所述测量管模块连接到所述基础模块，以使得所述激励器和所述两个传感器的所述第一部件和第二部件在每种情况下处于相对于彼此的操作位置中；以及使用根据权利要求1至6中一项所述的方法来确定敏感系数和与激励器无关的零点误差。
11.根据权利要求10所述的方法，另外包括：
通过根据权利要求7至9中一项所述的方法来确定零点误差。
12.一种科里奥利质量流量计，包括：至少一个测量管，所述至少一个测量管安装成能够振动，以用于传导介质；激励器，所述激励器用于激励弯曲振动模式；至少两个振动传感器，所述至少两个振动传感器用于检测所述测量管的振动；以及至少一个测量和操作电路，所述至少一个测量和操作电路用于驱动所述激励器、用于检测所述振动传感器的传感器信号以及用于根据所述传感器信号来确定质量流量测量值，其中，所述测量和操作电路被配置成执行根据前述权利要求中一项所述的方法中的至少一种。
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