DE102009002289A1 - Method for determining period duration of periodic primary signal for determining e.g. mass flow rate, involves generating reference clock signal, and determining period duration based on number and reference values - Google Patents

Method for determining period duration of periodic primary signal for determining e.g. mass flow rate, involves generating reference clock signal, and determining period duration based on number and reference values Download PDF

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Abstract

The method involves generating a reference clock signal, and producing a digital scanning sequence (uD) of discrete temporally equidistant scanning values synchronized with the reference clock signal from a periodic primary signal (u). A number of complete clocks of the reference clock signal is determined. A scanning value i.e. discrete scanning value, serving as a reference value (UTRG1) lying within a scanning interval is determined. A period duration (T) is determined based on the number and the reference value and another reference value (UMAX).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Periodendauer einer zeitlich periodischen Signalkomponente eines zumindest abschnittsweise im wesentlichen periodischen, beispielsweise auch von einem Meßwandler gelieferten, wenigstens eine physikalische und/oder chemische Meßgröße repräsentierendes, Primärsignals. Ferner betrifft die Erfindung das Verwenden der ermittelten Periodendauer zum Abschätzen einer Signalfrequenz des Primärsignals oder zumindest einer harmonischen Signalkomponente davon und/oder zum Ermitteln einer physikalischen Meßgröße, insb. einer Massendurchflußrate, einer Volumendurchflußrate und/oder einer Dichte, eines in einer Leitung geführten oder in einem Behälter vorgehaltenen Mediums, insb. eines Fluids.The The invention relates to a method for determining a period duration a temporally periodic signal component of an at least sections essentially periodic, for example, by a transducer supplied, at least one physical and / or chemical measured variable representing the primary signal. Further concerns the invention uses the determined period for estimating a signal frequency of the primary signal or at least one harmonic signal component thereof and / or for determining a physical quantity, in particular a mass flow rate, a volumetric flow rate and / or a density, a guided in a conduit or in a container held medium, esp. Of a fluid.

In der industriellen Prozeß-Meßtechnik werden, insb. auch im Zusammenhang mit der Automatisierung chemischer oder verfahrenstechnischer Prozesse, zur Erfassung von prozeßbeschreibenden Meßgrößen und zur Erzeugung von diese repräsentierenden Meßwertsignalen prozeßnah installierte Meßsysteme verwendet, die jeweils direkt an oder in einer von Medium durchströmten Prozeßleitung angebracht sind. Bei den jeweils zu erfassenden Meßgrößen kann es sich beispielsweise um einen Massendurchfluß, einen Volumendurchfluß, eine Strömungsgeschwindigkeit, eine Dichte, eine Viskosität oder eine Temperatur oder dergleichen, eines flüssigen, pulver-, dampf- oder gasförmigen Prozeß-Mediums handeln, das in einer solchen, beispielsweise als Rohrleitung ausgebildeten, Prozeßleitung geführt bzw. vorgehalten wird.In the industrial process measuring technology, esp. also in connection with the automation of chemical or process engineering processes, for the detection of process-describing measured quantities and for generating these representing Meßwertignalen process-installed measuring systems used, the each directly on or in a medium flowed through Process line are attached. In each case to be recorded Measured variables may be, for example to a mass flow, a volumetric flow, a flow rate, a density, a viscosity or a temperature or the like, of a liquid, powdery, act steam or gaseous process medium, that in such, for example, as a pipeline, Process management is maintained or maintained.

Bei den Meßsystemen handelt es sich oftmals um solche, bei denen In-Line-Meßgeräte mit magnetisch-induktiven Meßaufnehmern oder die Laufzeit von in Strömungsrichtung ausgesendeten Ultraschallwellen auswertende, insb. auch nach dem Doppler-Prinzip arbeitende, Meßaufnehmern, mit Meßaufnehmern vom Vibrationstyp, insb. Coriolis-Massedurchflußaufnehmer, Dichteaufnehmer, oder dergleichen verwendet werden. Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise von magnetisch-induktiven Meßaufnehmer ist z. B. in der EP-A 1 039 269 , US-A 60 31 740 , US-A 55 40 103 , US-A 53 51 554 , US-A 45 63 904 oder solcher Ultraschall-Meßaufnehmer z. B. in der US-B 63 97 683 , der US-B 63 30 831 , der US-B 62 93 156 , der US-B 61 89 389 , der US-A 55 31 124 , der US-A 54 63 905 , der US-A 51 31 279 , der US-A 47 87 252 hinlänglich beschrieben und überdies dem Fachmann ebenfalls hinreichend bekannt sind, kann an dieser Stelle auf eine detailliertere Erläuterung dieser Meßprinzipien verzichtet werden. Weiterführende Beispiele für derartige, dem Fachmann an und für sich bekannte, insb. mittels kompakter In-line-Meßgeräte gebildet, Meßsysteme sind zudem u. a. in der EP-A 984 248 , GB-A 21 42 725 , US-A 43 08 754 , US-A 44 20 983 , US-A 44 68 971 , US-A 45 24 610 , US-A 47 16 770 , US-A 47 68 384 , US-A 50 52 229 , US-A 50 52 230 , US-A 51 31 279 , US-A 52 31 884 , US-A 53 59 881 , US-A 54 58 005 , US-A 54 69 748 , US-A 56 87 100 , US-A 57 96 011 , US-A 58 08 209 , US-A 60 03 384 , US-A 60 53 054 , US-A 60 06 609 , US-B 63 52 000 , US-B 63 97 683 , US-B 65 13 393 , US-B 66 44 132 , US-B 66 51 513 , US-B 67 99 476 , US-B 68 80 410 , US-B 69 10 387 , US-A 2007/0163361 , US-A 2005/0092101 , WO-A 88/02 476 , WO-A 88/02 853 , WO-A 95/16 897 , WO-A 00/36 379 , WO-A 00/14 485 , WO-A 01/02816 oder WO-A 02/086 426 detailiert beschrieben.The measuring systems are often those in which in-line measuring devices with magnetic-inductive transducers or the running time of ultrasound waves emitted in the direction of flow, in particular also working according to the Doppler principle, transducers, with transducers of the vibration type, esp Coriolis mass flow sensors, density sensors, or the like can be used. The basic structure and operation of magnetic-inductive transducer is z. B. in the EP-A 1 039 269 . US-A 60 31 740 . US-A 55 40 103 . US-A 53 51 554 . US-A 45 63 904 or such ultrasonic transducer z. B. in the US-B 63 97 683 , of the US-B 63 30 831 , of the US-B 62 93 156 , of the US-B 61 89 389 , of the US-A 55 31 124 , of the US-A 54 63 905 , of the US-A 51 31 279 , of the US-A 47 87 252 described sufficiently and also the skilled person also sufficiently known, can be dispensed with a more detailed explanation of these principles of measurement at this point. Further examples of such, known to those skilled in and of themselves, in particular by means of compact in-line measuring instruments, measuring systems are also in the EP-A 984 248 . GB-A 21 42 725 . US-A 43 08 754 . US-A 44 20 983 . US Pat. No. 4,468,971 . US-A 45 24 610 . US-A 47 16 770 . US Pat. No. 4,768,384 . US-A 50 52 229 . US-A 50 52 230 . US-A 51 31 279 . US-A 52 31 884 . US-A 53 59 881 . US-A 54 58 005 . US-A 54 69 748 . US-A 56 87 100 . US Pat. No. 5,796,011 . US-A 58 08 209 . US-A 60 03 384 . US-A 60 53 054 . US-A 60 06 609 . US-B 63 52 000 . US-B 63 97 683 . US-B 65 13 393 . US-B 66 44 132 . US-B 66 51 513 . US-B 67 99 476 . US-B 68 80 410 . US-B 69 10 387 . US-A 2007/0163361 . US-A 2005/0092101 . WO-A 88/02 476 . WO-A 88/02 853 . WO-A 95/16897 . WO-A 00/36 379 . WO-A 00/14485 . WO-A 01/02816 or WO-A 02/086 426 described in detail.

Zum Erfassen der jeweiligen Meßgrößen weisen Meßsysteme der in Rede stehenden Art jeweils eine Meßgerät-Elektronik sowie einen entsprechenden, mit der Meßgerät-Elektronik elektrisch verbundenen Meßaufnehmer auf, der in den Verlauf einer Medium führenden Prozeßleitung eingesetzt ist, und der dazu dient, zumindest auf die primär zu erfassende Meßgröße entsprechend reagierend, wenigstens ein die primäre Meßgröße möglichst genau repräsentierendes, insb. elektrisches, Meßsignal zu erzeugen. Dafür ist der Meßaufnehmer üblicherweise mit einem in den Verlauf der jeweiligen Prozeßleitung, dem Führen von strömendem Medium dienenden Meßrohr sowie eine entsprechende physikalisch-elektrische Sensoranordnung ausgestattet. Diese wiederum weist wenigstens ein primär auf die zu erfassende Meßgröße oder auch Änderungen derselben reagierenden Sensorelement auf, mittels dem im Betrieb wenigstens ein von der Meßgröße entsprechend beeinflußtes Meßsignal erzeugt wird. Zur Weiterverarbeitung oder Auswertung des wenigstens einen Meßsignals ist der Meßaufnehmer ferner mit einer dafür entsprechend geeigneten, in der Meßgerät-Elektronik vorgesehenen Meßschaltung verbunden. Die mit dem Meßaufnehmer in geeigneter Weise kommunizierende Meßschaltung erzeugt im Betrieb des Meßsystems unter Verwendung des wenigstens einen Meßsignals zumindest zeitweise wenigstens einen die Meßgröße momentan repräsentierenden Meßwert, beispielsweise also einen Massendurchfluß-Meßwert, Volumendurchfluß-Meßwert, einen Dichte-Meßwert, einen Viskositäts-Meßwert, einen Druck-Meßwert, einen Temperatur-Meßwert oder dergleichen. Zum Anzeigen der Meßwerte, und ggf. auch anderer Betriebsdaten des Meßsystems, sowie zum Bedienen des Meßsystems vor Ort ist in der Meßgerät-Elektronik ferner zumeist eine entsprechende Anzeige- und Bedieneinheit vorgesehen.To the Detecting the respective measured variables point Measuring systems of the type in question in each case a meter electronics and a corresponding, with the meter electronics electrically connected transducer, in the course used a medium-leading process line is, and serves, at least on the primary to be detected Measured accordingly, at least a the primary measured variable as possible exactly representing, in particular electrical, measuring signal to create. For the transducer is usually with one in the course of the respective process line, the Guiding of flowing medium serving measuring tube and a corresponding physical-electrical sensor arrangement fitted. This in turn has at least one primary on the measured variable to be detected or changes the same reacting sensor element, by means of the in operation at least one of the measured quantity accordingly influenced measuring signal is generated. For further processing or evaluation of the at least one measuring signal is the Sensor also with a corresponding thereto suitable, provided in the meter electronics Measuring circuit connected. The with the transducer generates a suitably communicating measuring circuit during operation of the measuring system using the at least one Measuring signal at least temporarily at least one the measured variable currently representing measured value, for example ie a mass flow rate, volume flow rate, a density reading, a viscosity reading, a pressure reading, a temperature reading or similar. To display the measured values, and possibly also other operating data of the measuring system, as well as for operation The measuring system on site is in the meter electronics Furthermore, usually a corresponding display and control unit provided.

Zur Aufnahme der Meßgerät-Elektronik umfassen solche Meßsysteme ferner ein entsprechendes Elektronik-Gehäuse, das, wie z. B. in der US-A 63 97 683 oder der WO-A 00/36 379 vorgeschlagen, vom Meßaufnehmer entfernt angeordnet und mit diesem nur über eine flexible Leitung verbunden sein kann: Alternativ dazu kann das Elektronik-Gehäuse aber auch, wie z. B. auch in der EP-A 903 651 oder der EP-A 1 008 836 gezeigt, unter Bildung eines kompakten In-Line-Meßgeräts – beispielsweise eines Coriolis-Massedurchfluß-/Dichte-Meßgeräts, eines Ultraschall-Durchflußmeßgeräts, eines Vortex-Durchflußmeßgeräts, eines thermischen Durchflußmeßgeräts, eines Magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät oder dergleichen – direkt am Meßaufnehmer oder einem den Meßaufnehmer separat einhausenden Meßaufnehmer-Gehäuse angeordnet sein. In letzterem Fall dient dasTo accommodate the meter electronics such measuring systems further include a corresponding electronics housing, such. B. in the US-A 63 97 683 or the WO-A 00/36 379 suggested to be located away from the transducer and connected to this only via a flexible conduit can: Alternatively, the electronics housing but also, such. B. also in the EP-A 903,651 or the EP-A 1 008 836 to form a compact in-line meter - for example, a Coriolis mass flow / density meter, an ultrasonic flowmeter, a vortex flowmeter, a thermal flowmeter, a magnetic flowmeter, or the like - directly on the transducer or a the measuring transducer separately housed Meßaufnehmer housing may be arranged. In the latter case, this serves

Elektronik-Gehäuse, wie beispielsweise in der EP-A 984 248 , der US-A 47 16 770 oder der US-A 63 52 000 gezeigt, oftmals auch dazu, einige mechanische Komponenten des Meßaufnehmers mit aufzunehmen, wie z. B. sich unter mechanischer Einwirkung betriebsmäßig verformende membran-, stab-, hülsen- oder rohrförmige Deformation- oder Vibrationskörper, vgl. hierzu auch die eingangs erwähnte US-B 63 52 000 .Electronics housing, such as in the EP-A 984 248 , of the US-A 47 16 770 or the US-A 63 52 000 shown, often also to include some mechanical components of the transducer, such. B. under mechanical action operatively deforming membrane, rod, sleeve or tubular deformation or vibration body, see. this also the aforementioned US-B 63 52 000 ,

Meßsysteme der beschriebenen Art sind darüber hinaus üblicherweise über ein an die Meßgerät-Elektronik angeschlossenes Datenübertragungs-System miteinander und/oder mit entsprechenden Prozeß-Leitrechnern verbunden, wohin sie die Meßwertsignale z. B. via (4 mA bis 20 mA)-Stromschleife und/oder via digitalen Daten-Bus senden. Als Datenübertragungs-Systeme dienen hierbei, insb. serielle, Feldbus-Systeme, wie z. B. PROFIBUS-PA, FOUNDATION FIELDBUS sowie die entsprechenden Übertragungs-Protokolle. Mittels der Prozeß-Leitrechner können die übertragenen Meßwertsignale weiterverarbeitet und als entsprechende Meßergebnisse z. B. auf Monitoren visualisiert und/oder in Steuersignale für Prozeß-Stellglieder, wie z. B. Magnet-Ventile, Elektro-Motoren etc., umgewandelt werden.Measuring Systems The described type are also usually over a connected to the meter electronics Data transmission system with each other and / or with appropriate Connected process control computers, where they send the measured value signals z. Via (4 mA to 20 mA) current loop and / or via digital Send data bus. Serve as data transmission systems here, especially serial, fieldbus systems, such. Eg PROFIBUS PA, FOUNDATION FIELDBUS and the corresponding transmission protocols. By means of the process control computer, the transmitted Further processed measured value signals and as corresponding measurement results z. B. visualized on monitors and / or in control signals for Process actuators, such. B. solenoid valves, electric motors etc., to be converted.

Bei Meßgeräten mit geringer Leistungsaufnahme, beispielsweise solchen von intrinsischer Sicherheit und/oder solchen in (4 mA bis 20 mA-)Zweileiter-Technologie ausgebildeten, steht zumeist auch nur eine vergleichsweise geringe Leistung für die Abtastung und Digitalisierung der analogen Meßsignale zur Verfügung. So wird beispielsweise in der erwähnten US-B 67 99 476 sogar vorgeschlagen, bei einem in Zweileiter-Technologie ausgeführten Meßgerät die Abtastfrequenz, mit der ein die Abtastung und Digitalisierung realisierender Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) getaktet ist, in Abhängigkeit von der verfügbaren elektrischen Leistung zu steuern. Durch die Verwendung einer geringeren Abtastfrequenz kann so die in dem A/D-Wandler verbrauchte elektrische Leistung verringert werden, allerdings zu Lasten der zeitlichen Auflösung mit der das Meßsignal gewandelt wird.For low-power meters, such as intrinsic safety and / or two-wire (4 mA to 20 mA) technology, only a comparatively low power is usually available for sampling and digitizing the analog measurement signals. For example, in the mentioned US-B 67 99 476 even proposed, in a two-wire technology meter, to control the sampling frequency at which a sample and digitization analog-to-digital (A / D) converter is clocked in response to available electrical power. By using a lower sampling frequency, the electrical power consumed in the A / D converter can be reduced, but at the expense of the temporal resolution with which the measurement signal is converted.

Infolgedessen kann ein größerer Anteil der im Meßgerät momentan insgesamt verfügbaren elektrischen Leistung anderen elektrische Leistung aufnehmenden Komponenten des Meßgeräts überlassen werden. Für den Fall, daß für die Ermittlung der primären Meßgröße eine Periodendauer bzw. eine Schwingungsfrequenz des anlogen Meßsignals, beispielsweise eine Frequenz einer ausgewählten harmonischen Signalkomponente des Meßsignals, von besonderem Interesse ist, z. B. für die Dichtemessung mittels Coriolis-Massedurchflußmeßgeräten oder für die Durchflußmessung mittels Wirbel-Durchflußmeßgeräten, kann diese mit der Absenkung der Abtastrate einhergehend gröber werdende zeitliche Abtastung des Meßsignals gegebenenfalls zu unerwünscht hohen Meßungenauigkeiten führen.Consequently can a larger proportion of the meter currently total available electrical power other let electrical power receiving components of the meter become. In the event that for the determination the primary measurand one period or an oscillation frequency of the analog measurement signal, for example a frequency of a selected harmonic signal component the measuring signal, is of particular interest, for. For example the density measurement by means of Coriolis mass flowmeters or for flow measurement by means of vortex flowmeters, this can be coarser with the lowering of the sampling rate Expected time sampling of the measuring signal, if necessary lead to undesirably high measurement inaccuracies.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren anzugeben, mittels dem die Periodendauer von analogen Meßsignalen oder von zeitlich periodischen, insb. harmonischen, Signalkomponenten davon trotz vergleichsweise geringer Abtastrate des jeweiligen Meßsignals und damit einhergehend entsprechend grober zeitlicher Auflösung desselben, insb. auch bei möglichst geringem Rechenaufwand und/oder möglichst zeitnah, hochgenau bestimmt werden kann.A The object of the invention is therefore to specify a method by means of the period of analog measurement signals or of temporally periodic, especially harmonic, signal components of which despite comparatively low sampling rate of the respective measurement signal and, consequently, correspondingly coarse temporal resolution thereof, esp. Even with the least possible computational effort and / or as soon as possible, can be determined with high accuracy.

Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Ermitteln einer Periodendauer eines zumindest abschnittsweise im wesentlichen periodischen, insb. von einem Meßwandler gelieferten, wenigstens eine physikalische und/oder chemische Meßgröße repräsentierendes, Primärsignals, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

  • – Generieren eines Referenztaktsignals;
  • – Erzeugen einer mit dem Referenztaktsignal synchronisierten digitalen Abtastfolge diskreter, insb. zeitlich äquidistanter, Abtastwerte vom Primärsignal, die einen sich über zumindest eine Meßperiode des Primärsignals erstreckenden Abschnitt des Primärsignals repräsentiert;
  • – Ermitteln einer Anzahl innerhalb der Meßperiode liegender vollständiger Takte des Referenztaktsignals;
  • – Ermitteln eines als erster Bezugswert dienenden Abtastwerts, insb. eines ersten innerhalb eines mit der Meßperiode korrespondierenden Abtastintervalls liegenden der diskreten Abtastwerte, welcher erster Bezugswert das Primärsignal zu einem vorgegebenen, insb. einem ersten innerhalb der Meßperiode liegenden und/oder mit einem Nulldurchgang des Primärsignals korrespondierenden, Takt des Referenzsignals repräsentiert;
  • – Ermitteln eines, insb. innerhalb der Periode liegenden, vom ersten Bezugswert verschiedenen zweiten Bezugswerts, der eine Amplitude des Primärsignals repräsentiert; sowie
  • – Bestimmen der Periodendauer basierend auf der Anzahl, dem ersten Bezugswert sowie dem zweiten Bezugswert.
To achieve the object, the invention consists in a method for determining a period of an at least partially substantially periodic, esp. Provided by a transducer, at least one physical and / or chemical measurand representing primary signal, the method comprising the steps of
  • - generating a reference clock signal;
  • Generating a digital sampling sequence of discrete, in particular temporally equidistant, samples of the primary signal which is synchronized with the reference clock signal and represents a section of the primary signal extending over at least one measurement period of the primary signal;
  • - determining a number within the measurement period lying complete clocks of the reference clock signal;
  • Determining a sample serving as a first reference value, in particular a first of the discrete samples lying within a sampling interval corresponding to the measurement period, which first reference value the primary signal at a predetermined, in particular a first within the measurement period and / or with a zero crossing of the primary signal corresponding, clock of the reference signal represents;
  • - determining a second reference value, in particular within the period, different from the first reference value, which represents an amplitude of the primary signal; such as
  • Determining the period based on the number, the first reference value and the second reference value.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Ermittelns wenigstens eines Quotientenwerts, der ein Verhältnis des ersten Bezugswerts zum zweiten Bezugswert repräsentiert. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Periodendauer auch basierend auf dem Quotientenwert ermittelt wird.To In a first embodiment of the invention, the method comprises further comprising a step of determining at least one quotient value, a ratio of the first reference value to the second reference value represents. This embodiment of the invention further it is further provided that the period is also based is determined on the quotient value.

Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Ermittelns eines sowohl vom ersten Bezugswert als auch vom zweiten Bezugswert verschiedenen, als dritter Bezugswert dienenden Abtastwerts, insb. eines ersten außerhalb des mit der Meßperiode korrespondierenden Abtastintervalls liegenden der diskreten Abtastwerte, welcher dritter Bezugswert das Primärsignal zu einem vorgegebenen, insb. einem ersten wieder außerhalb der Meßperiode liegenden und/oder mit einem Nulldurchgang des Primärsignals korrespondierenden, Takt des Referenzsignals repräsentiert. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend umfaßt das Verfahren weiters wenigstens einen der folgenden Schritte:

  • – Verwenden auch des dritten Bezugswerts zur Ermittlung der Periodendauer;
  • – Ermittelns eines Differenzwerts, der eine Differenz zwischen dem ersten Bezugswert und dem dritten Bezugswert repräsentiert;
  • – Selektieren, insb. Speicherns, des als dritter Bezugswert dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge;
  • – Vergleichen von Abtastwerten der Abtastfolge mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert zum Ermitteln des als dritter Bezugswert dienenden Abtastwerts der Abtastfolge;
  • – Verwenden jeweils ein und desselben vorgegebenen Schwellenwerts zum Ermitteln des als erster Bezugswert dienenden Abtastwerts der Abtastfolge wie auch zum Ermitteln des als dritter Bezugswert dienenden Abtastwerts der Abtastfolge.
According to a second aspect of the invention, the method further comprises a step of determining a sample other than the first reference and the second reference as the third reference, in particular a first one of the discrete samples outside the sampling interval corresponding to the measurement period third reference value represents the primary signal to a predetermined, esp. A first back outside the measurement period and / or corresponding to a zero crossing of the primary signal, clock of the reference signal. Further developing this embodiment of the invention, the method further comprises at least one of the following steps:
  • - Also using the third reference value to determine the period duration;
  • - determining a difference value representing a difference between the first reference value and the third reference value;
  • - selecting, in particular storing, the sample of the sample sequence serving as the third reference value;
  • Comparing samples of the scanning sequence with at least one predetermined threshold value for determining the sampling value of the sampling sequence serving as the third reference value;
  • Each using one and the same predetermined threshold value for determining the sampling value of the sampling sequence serving as the first reference value as well as for determining the sampling value of the sampling sequence serving as the third reference value.

Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Ermittelns einer, insb. mit einer Taktrate des Referenztaktsignals korrespondierenden, Abtastfrequenz mit der das Primärsignal zwecks Erzeugung der Abtastfolge abgetastet und digitalisiert wird.To A third embodiment of the invention comprises the method Furthermore, a step of determining a, in particular with a clock rate the reference clock signal corresponding sampling frequency with the sampled the primary signal to generate the sample sequence and digitized.

Nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Vergleichens von Abtastwerten der Abtastfolge mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert zum Ermitteln des als erster Bezugswert dienenden Abtastwerts der Abtastfolge und/oder zum Ermitteln der Anzahl von innerhalb der Meßperiode liegenden Abtastwerten. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend umfaßt das Verfahren.To According to a fourth aspect of the invention, the method comprises a step of comparing samples of the sample sequence with at least one predetermined threshold for determining the sample of the sample sequence serving as the first reference value and / or for determining the number of samples within the measurement period. This embodiment of the invention comprises further development the procedure.

Nach einer fünften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Startens eines Zählers, insb. eines Dualzählers oder eines BCD-Zählers, zwecks Ermitteln der Anzahl von innerhalb der Meßperiode liegender vollständiger Takte des Referenztaktsignals.To a fifth embodiment of the invention the method further comprising a step of starting a counter, esp. a dual counter or a BCD counter, for determining the number of within the measurement period lying complete clocks of the reference clock signal.

Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters Schritte des, insb. flüchtigen, Speichern eines sich zumindest über die Meßperiode erstreckenden Abschnitts des Referenztaktsignals sowie des Verwenden des gespeicherten Abschnitts des Referenztaktsignals zum Ermitteln der Anzahl von innerhalb der Meßperiode liegender vollständiger Takte des Referenztaktsignals.To A sixth embodiment of the invention comprises the method further steps of, esp. volatile, saving a extend at least over the measuring period Section of the reference clock signal as well as using the stored Section of the reference clock signal for determining the number of more complete within the measuring period Clocks of the reference clock signal.

Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Selektierens des als erster Bezugswert dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge.To A seventh embodiment of the invention comprises Method, further comprising a step of selecting the first Reference sample from the sample sequence.

Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Speicherns des als erster Bezugswert dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge.To an eighth embodiment of the invention comprises the method further, a step of storing the first reference value Sample from the sample sequence.

Nach einer neunten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Selektierens, insb. Speicherns, des als zweiter Bezugswert dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge.To A ninth embodiment of the invention comprises the method Furthermore, a step of selecting, esp. Save, as second reference sample from the sample sequence.

Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung umfaßt das Verfahren, weiters einen Schritt des Speicherns des als zweiter Bezugswert dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge.To A tenth embodiment of the invention comprises the method further, a step of storing the second reference value serving sample from the scan sequence.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im besondern auch dafür geeignet und vorgesehen, basierend auf der wie vor ermittelten Periodendauer, eine Signalfrequenz des Primärsignals oder zumindest einer harmonischen Signalkomponente davon abzuschätzen und/oder eine physikalischen Meßgröße, insb. einer Massendurchflußrate, einer Volumendurchflußrate und/oder einer Dichte, eines in einer Leitung geführten oder in einem Behälter vorgehaltenen Mediums, insb. eines Fluids, zu ermitteln.The inventive method is in particular also suitable and intended, based on the as before determined period duration, a signal frequency of the primary signal or at least estimate a harmonic signal component thereof and / or a physical measurand, esp. a mass flow rate, a volumetric flow rate and / or a density, one conducted in a conduit or in one a container held medium, esp. Of a fluid, to investigate.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, insb. auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung wie auch den Unteransprüchen an sich.The invention and further advantageous embodiments thereof are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are illustrated in the figures of the drawing. Identical parts are provided in all figures with the same reference numerals; if it requires the clarity or it appears otherwise useful, is omitted reference numerals already mentioned in subsequent figures. Further advantageous Ausgestaltun gene or developments, esp. Combinations initially only individually explained aspects of the invention will be apparent from the figures of the drawing as well as the dependent claims per se.

Im einzelnen zeigenin the single show

1 einen Abschnitt eines im wesentlichen periodischen Primärsignals sowie eine dieses repräsentierende Abtastfolge diskreter Abtastwerte des Primärsignals; und 1 a portion of a substantially periodic primary signal and a sample sequence of discrete samples of the primary signal representative thereof; and

2 in schematisch nach Art eines Blockschaltbildes eines das Primärsignal bzw. die Abtastfolge gemäß 1 liefernden und weiterverarbeitenden Meßsystems mit einem Meßwandler zum Erfassen wenigstens einer physikalischen Meßgröße. 2 in schematically in the manner of a block diagram of the primary signal or the sampling sequence according to 1 supplying and further processing measuring system with a transducer for detecting at least one physical measured variable.

In der 1 ist schematisch und in idealisierter Form ein zumindest abschnittsweise im wesentlichen periodisches Primärsignal u dargestellt, von dem eine Periodendauer T ermittelt werden soll. Das Primärsignal u ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung von einem Meßwandler 10 mit wenigstens einem physikalisch-zu-elektrisch Wandlerelement 101, wie etwa einem Meßwandler vom Vibrationstyp mit schwingendem Meßrohr und zugehöriger Spulenanordnung, einem Wirbeldurchflußmesser oder dergleichen, geliefert, und repräsentiert – insoweit als analoges Meßsignal dienend – wenigstens eine mittels des Meßwandlers erfaßte physikalische und/oder chemische Meßgröße, wie etwa eine Massen- oder Volumendurchflußrate und/oder eine Dichte eines in einer Leitung, insb. einer Rohrleitung, strömenden und/oder in einem Behälter vorgehaltenen Mediums, insb. eines Fluids.In the 1 is shown schematically and in idealized form an at least partially substantially periodic primary signal u, of which a period T is to be determined. The primary signal u is according to an embodiment of the invention of a transducer 10 with at least one physical-to-electrical transducer element 101 , such as a vibration type transducer with oscillating tube and associated coil assembly, a vortex flowmeter or the like, and represents - insofar as serving as an analogue measurement signal - at least one physical and / or chemical measure detected by the transducer, such as a mass or volume flow rate and / or a density of a medium, in particular a fluid, flowing in a line, in particular a pipeline, and / or held in a container.

Zur Ermittlung der gesuchten Periodendauer T wird das Primärsignal u zunächst mittels eines von einem Referenztaktsignal clk entsprechend getakteten A/D-Wandlers digitalisiert, ggf. nach einer vorherigenn Filterung, und in eine korrespondierende, mit dem die Abtastrate vorgebenden Referenztaktsignal clk entsprechend synchronisierte digitale Abtastfolge uD diskreter, zeitlich möglichst äquidistanter Abtastwerte Un konvertiert. Zum Generieren des Referenztaktsignals clk kann beispielsweise ein herkömmlicher quarzgesteuerter Taktgenerator dienen, ggf. auch ein solcher, mit einstellbarer Taktfrequenz. Die Digitalisierung des analogen Primärsignal u kann hierbei im besonderen auch mit einer im Vergleich zu bei konventionellen Meßwandlern angewandten Meßverfahren geringen Abtastrate – hier in der Größenordnung von etwa 4800 Hz – erfolgen, einhergehend mit einer relativ groben zeitlichen Auflösung – hier etwa 1 Hz/4800 ≈ 208 μs.To determine the desired period T, the primary signal u is first digitized by means of a clocked by a reference clock signal clk A / D converter, possibly after a priorn filtering, and in a corresponding, with the sample rate predetermined reference clock signal clk correspondingly synchronized digital sampling sequence u D discrete, temporally as possible equidistant samples U n converted. To generate the reference clock signal clk, for example, a conventional quartz-controlled clock generator can be used, possibly also one with an adjustable clock frequency. The digitization of the analog primary signal u can in this case in particular with a low compared to conventional transducers measuring method - here on the order of about 4800 Hz - done, along with a relatively coarse temporal resolution - here about 1 Hz / 4800 ≈ 208 μs.

Die ausgangs des A/D-Wandlers anstehende, ggf. als digitales Meßsignal dienende, Abtastfolge uD ist einem nachfolgenden, beispielsweise mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) und/oder eines, ggf. auch vor Ort, programmierbaren Logikbaustein (FPGA) und/oder eines kundenspezifisch programmierten Logikbaustein (ASIC) gebildeten, Mikrocomputer μC der Meßschaltung 201 mit einem Steuer- und Betriebsprogramme vorhaltenden nicht-flüchtigen Speicher EEPROM zugeführt. Der Mikrocomputer μC weist zudem wenigstens einen flüchtigen Speicher RAM mit einer für die temporäre Speicherung von zumindest zwei, insb. aber von drei oder mehr, Perioden 2π der Abtastfolge uD ausreichende Speicherkapazität auf. Zumindest zum Zwecke der Ermittlung der gesuchten Periodendauer T des Primärsignals u wird im Betrieb zumindest zeitweise wenigstens ein Ensemble diskreter Abtastwerte der Abtastfolge uD in den flüchtigen Speicher RAM geladen und dort temporär vorgehalten, das einen Abtastintervall aktuell repräsentiert, der sich wenigstens über eine, insb. aber mehr als eine, Periode 2π der Abtastfolge uD erstreckt. Mikrocomputer μC und A/D-Wandler können beispielsweise Komponenten einer in einer Meßgerät-Elektronik 20 vorgesehenen digitalen Meßschaltung 201 sein, welche Meßgerät-Elektronik 20, wie auch in 2 schematisch dargestellt, unter Bildung eines Meßsystems für physikalische Meßgrößen mit dem Meßwandler 10, insb. dessen wenigstens einem Wandlerelement 101, im Betrieb elektrisch verbunden ist. Zwecks Übermittlung von Meß- und Betriebdaten kann die Meßgerät-Elektronik 20 beispielsweise über eine mit der Meßschaltung verbundene Schnittstellenschaltung COM mit einem übergeordneten elektronischen Datenverabeitungssystem – drahtgebunden und/oder drahtlos per Funk – im Betrieb kommunizieren, beispielsweise basierend auf in der industriellen Meß- und Automatisierungstechnik etablierten Feldbus-Protokollen. Zur Anzeige von Meß und/oder Betriebsdaten bzw. zur Bedienung vor Ort kann die Meßgerät-Elektronik ferner eine entsprechende Anzeige-/Bedieneinheit HMI aufweisen.The output of the A / D converter pending, possibly serving as a digital measurement signal, scan sequence u D is a subsequent, for example by means of a digital signal processor (DSP) and / or one, possibly also on-site, programmable logic device (FPGA) and / or a custom-programmed logic device (ASIC) formed microcomputer μC the measuring circuit 201 supplied with a control and operating programs non-volatile memory EEPROM. The microcomputer .mu.C but at least also comprises a volatile memory RAM with a temporary for the storage of at least two, esp. Of three or more periods of the sampling sequence 2π u D sufficient storage capacity. At least for the purpose of ascertaining the desired period T of the primary signal u, at least temporarily an ensemble of discrete samples of the scanning sequence u D is loaded into the volatile memory RAM during operation and temporarily stored there, which currently represents a sampling interval which is at least one, esp but more than one, period 2π of the scanning sequence u D extends. For example, microcomputers μC and A / D converters may be components of a meter electronics 20 provided digital measuring circuit 201 be which meter electronics 20 as well as in 2 schematically illustrated, forming a measuring system for physical quantities with the transducer 10 , esp. Whose at least one transducer element 101 , is electrically connected during operation. For the transmission of measurement and operating data, the meter electronics 20 For example, communicate via a connected to the measuring circuit interface circuit COM with a parent electronic data processing system - wired and / or wirelessly - in operation, for example, based on established in industrial measurement and automation fieldbus protocols. For displaying measurement and / or operating data or for local operation, the meter electronics can also have a corresponding display / operating unit HMI.

Um die in der industriellen Meßtechnik die im besonderen geforderte hohe Meßgenauigkeit für die zumeist als Basis für die nachgelagerte Ermittlung der eigentlichen Meßgrößen dienende Frequenzmessung auch bei einer vergleichsweise geringen Abtastrate für das Primärsignal u gewährleisten zu können, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren ferner vorgesehen, die momentane Periodendauer T des Primärsignals u basierend sowohl auf einer aktuell ermittelten Anzahl N von innerhalb der Meßperiode 2π tatsächlich liegender vollständiger Takte CLKn des Referenztaktsignals clk als auch auf wenigstens zwei anhand der Abtastfolge ermittelten, voneinander verschiedenen Bezugswerten für das Primärsignal zu bestimmen. Als ein erster Bezugswert UTRG1 dient hierbei im besonderen ein Abtastwert der Abtastfolge uD, der eine Magnitude des Primärsignals u zu einem vorgegebenen, beispielsweise den Startpunkt des aktuell untersuchten Abtastintervalls repräsentierenden, Takt CLK1 des Referenzsignals clk repräsentiert, während als ein zweiter Bezugswert UMAX ein solcher, beispielsweise aus der Abtastfolge unmittelbar ausgewählter oder aber auch anhand der Abtastfolge geschätzter, numerischer Wert dient, der eine – direkt erfaßte oder ggf. auch geschätzte – Amplitude des Primärsignals u, insb. innerhalb des aktuell untersuchten Abtastintervalls, repräsentiert. Zum Schätzen der Amplitude kann beispielsweise ein einfaches Parabelfit-Verfahren angewendet werden, bei dem in ein Ensemble von dem Bereich der erwarteten oder angenommenen Amplitude entsprechenden Abtastwerten eine Parabel oder eine andere Ausgleichsfunktion von geradzahliger Ordnung eingepaßt, etwa nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, und entsprechend numerisch abgeleitet wird, etwa unter Bildung eines entsprechenden Differenzenquotienten.In order to be able to ensure the required in particular in the industrial metrology high accuracy for the usually used as a basis for the downstream determination of the actual measured variables frequency measurement even at a relatively low sampling rate for the primary signal u, the instantaneous period is further provided in the inventive method T of the primary signal u based on both a currently determined number N of within the measuring period 2π actually lying complete clocks CLK n of the reference clock signal clk and at least two determined based on the scan sequence, mutually different reference values for the primary signal to determine. As a first reference value U TRG1 is used here in particular to a sample of the sample sequence u d, u repre a magnitude of the primary signal to a predetermined, for example, the start point of the currently studied sample interval sentierenden, clock CLK 1 of the reference signal clk represents, while as a second reference value U MAX, such, for example, from the sampling immediately selected, or is also based on the scanning sequence estimated, numerical value of a - directly detected or possibly also estimated - Amplitude of the primary signal u, esp. Within the currently examined sampling interval, represented. For estimating the amplitude, for example, a simple parabola-fit method may be used in which a parabola or other equal-order equalization function, such as the least squares method, fits into an ensemble of samples corresponding to the range of expected or assumed amplitude is derived numerically, for example by forming a corresponding difference quotient.

Als für die Bestimmung der Periodendauer ausreichend verläßlicher erster Bezugswert UTRG1 kann beispielsweise ein zeitlich gesehen erster Abtastwert U1 aller innerhalb des mit der aktuell untersuchten Meßperiode 2π korrespondierenden Abtastintervalls liegender diskreten Abtastwerte Un der Abtastfolge uD dienen, jener Abtastwert aus der Abtastfolge uD also, der dem ersten tatsächlich innerhalb der Meßperiode 2π liegenden Takt des Referenztaktsignals zugeordnet ist. Dieser als Bezugswert UTRG1 dienende Abtastwert kann beispielsweise dadurch auf einfache Weise ausreichend genau ermittelt werden, daß das Primärsignal u selbst und/oder die einzelnen Abtastwerte Un der Abtastfolge uD jeweils mit einem vorab und/oder im Betrieb gesetzten Schwellenwert UREF verglichen und der dem erstmaligen Überschreiten des Schwellenwerts UREF entsprechende Abtastwert aus dem aktuelle Abtastintervall als Bezugswert UTRG1 selektiert wird. Alternativ dazu kann aber beispielsweise auch ein zeitlich gesehen letzter Abtastwert UN aller innerhalb des mit der aktuell untersuchten Meßperiode 2π korrespondierenden Abtastintervalls liegender diskreten Abtastwerte Un der Abtastfolge uD dienen, jener Abtastwert aus der Abtastfolge uD also, der dem letzten tatsächlich innerhalb der Meßperiode 2π liegenden Takt des Referenztaktsignals clk zugeordnet ist. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen zumindest den als erster Bezugswert UTRG1 dienenden Abtastwert von der Abtastfolge uD in den erwähnten Speicher RAM des Mikrocomputers μC zu laden und dort zumindest temporär für weitere Berechnungen, insb. auch die Ermittlung der gesuchten Periodendauer T vorzuhalten.As the first reliable reference value U TRG1 which is sufficiently reliable for the determination of the period duration, it is possible, for example, to use the first sampling value U 1 of all discrete sampling values U n of the sampling sequence u D within the sampling interval corresponding to the currently examined measuring period 2π, that sample from the sampling sequence u D that is, which is assigned to the first clock of the reference clock signal that is actually within the measuring period 2π. This sample value serving as reference value U TRG1 can for example be determined sufficiently accurately in a simple manner by comparing primary signal u itself and / or individual sample values U n of sampling sequence u D with a threshold value U REF set in advance and / or in operation the sample corresponding to the first time exceeding the threshold value U REF is selected from the current sampling interval as reference value U TRG1 . But alternatively, for example, a chronologically last sample value U N of all within the 2π corresponding sampling interval lying with the currently examined measurement period discrete samples U of the sampling sequence u D n are used, those sample from the sampling u D so that actually within the last Measuring period 2π lying clock of the reference clock signal CLK is assigned. According to a further embodiment of the invention, at least the sample of the scanning sequence u D serving as first reference value U TRG1 is also to be loaded into the mentioned memory RAM of the microcomputer μC and there at least temporarily for further calculations, esp. Also the determination of the searched period T reproach.

In Anbetracht dessen, daß das Primärsignals u für das aktuell untersuchten Abtastintervall bestimmungsgemäß als zumindest periodisch wie auch ausgeprägte harmonische Komponenten aufweisend vorausgesetzt ist, kann der Schwellenwert UREF beispielsweise so gesetzt sein, daß er im wesentlichen mit einem Nulldurchgang des Primärsignals u oder einem momentanen zeitlichen Mittelwert (Offset) des Primärsignals u korrespondiert, der anhand eines Ensembles von dem aktuellen Abtastintervall vorangehenden Abtastwerten und/oder anhand des Ensembles dem aktuellen Abtastintervall entsprechenden Abtastwerten geschätzt ist.In view of the fact that the primary signal u is intended to have at least periodic as well as distinct harmonic components for the sampling interval currently being investigated, the threshold value U REF may be set, for example, to be substantially zero-crossing the primary signal u or a current time Average value (offset) of the primary signal u, which is estimated on the basis of an ensemble of samples preceding the current sampling interval and / or on the basis of the ensemble samples corresponding to the current sampling interval.

Der zweite Bezugswert UMAx wiederum kann auf einfache Weise beispielsweise dadurch ermittelt werden, daß ein innerhalb des aktuell untersuchten Abtastintervall, insb. in der Nähe der halben Abtastintervallbreite, liegender maximaler Wert aus der Abtastfolge selektiert und unmittelbar als Bezugswert UMAX verwendet wird. Zur Verbesserung der Verläßlichkeit des Bezugswerts UMAX kann, wie bereits angedeutet, ferner auch für ein aus dem Bereich der halben Abtastintervallbreite ausgewähltes, den vorgenannten maximalen Wert ggf. auch mitumfassendes oder ggf. auch ausdrücklich ausschließendes, Ensemble von drei oder mehr Abtastwerten eine den Verlauf des Primärsignal u für diesen Bereich des Abtastintervalls entsprechend approximierende, beispielsweise quadratische, Ausgleichsfunktion ermittelt werden. Der Bezugswert UMAX kann dann in der Weise bestimmt werden, daß anhand von Funktionskoeffizienten dieser, z. B. als Parabelfunktion angesetzten, Ausgleichsfunktion deren lokales Maximum im ausgewählten Bereich errechnet und als Schätzwert für das Maximum der Abtastolge im aktuell untersuchten Abtastintervall übernommen wird. Zur Vereinfachung der Berechung der Periodendauer T ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, den als zweiter Bezugswert UMAX dienenden Abtastwert von der Abtastolge uD. zumindest temporär zu Speichern, etwa im oben erwähnten RAM-Speichers.The second reference value U MAx, in turn, can be determined in a simple manner, for example, by selecting a maximum value within the currently examined sampling interval, in particular near half the sampling interval width, from the sampling sequence and using it directly as the reference value U MAX . In order to improve the reliability of the reference value U MAX, it is also possible, as already indicated, for an ensemble of three or more sampled values selected from the range of half the sampling interval width to optionally encompass or even expressly exclude the abovementioned maximum value of the primary signal u for this region of the sampling interval corresponding approximating, for example, square, compensation function can be determined. The reference value U MAX can then be determined in such a way that on the basis of function coefficients of this, z. B. calculated as a parabola function, compensation function whose local maximum is calculated in the selected range and taken as an estimate for the maximum of the sampling sequence in the currently examined sampling interval. In order to simplify the calculation of the period T, according to a further embodiment of the invention, it is further provided that the sample of the sampling sequence u D serving as the second reference value U MAX is provided . at least temporarily store, such as in the above-mentioned RAM memory.

Das Ermitteln der Anzahl N der innerhalb der Meßperiode 2π liegenden vollständigen Takte CLKn des Referenztaktsignals clk wiederum kann in einfacher Weise z. B. durch Mitlaufenlassen eines definiert gestarteten Zählers, beispielsweise eines Dualzählers oder auch eines BCD-Zählers, beim Akkumulieren der Abtastolge uD in den Speicher erfolgen. Der Zähler kann bei erstmaligem Überschreiten des entsprechend – beispielsweise nahe der korrespondierenden Nulldurchgangs- bzw. der Offsetlinie des als zumindest abschnittsweise periodisch und überwiegend harmonisch angenommen Primärsignals u – gesetzten Schwellenwerts UREF durch das Primärsignal u bzw. durch die Abtastolge uD – hier also durch den dem erster Bezugswert UTRG1 entsprechenden Abtastwert – entsprechend getriggert und bei wiederholtem Überschreiten selbigen Schwellenwerts UREF nach verstreichen einer etwa mit der Meßperiode 2π einhergehenden Zeit durch die Abtastfolge uD in gleicher Richtung wie zuvor beim Starten durch den erster Bezugswert UTRG1 wieder gestoppt werden. Dementsprechend ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, zum Ermitteln des als erster Bezugswert UTRG1 dienenden Abtastwerts der Abtastolge uD bzw. zum Ermitteln der Anzahl N von innerhalb der Meßperiode 2π liegenden Abtastwerten die einzelnen Abtastwerte Un der Abtastfolge uD jeweils mit dem wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert UREF zu vergleichen. Alternativ oder in Ergänzung zur vorgenannten Verwendung eines Zähler zum Ermitteln der Anzahl N, ist ferner auch möglich, ein sich zumindest über die Meßperiode 2π erstreckender Abschnitt des Referenztaktsignals clk, insb. flüchtig, zu speichern und den gespeicherten Abschnitt des Referenztaktsignals clk zum Ermitteln der Anzahl N von innerhalb der Meßperiode 2π liegender vollständiger Takte CLKn des Referenztaktsignals clk entsprechend heranzuziehen, etwa durch einfaches Auszählen der mit Abschnitt des Referenztaktsignals clk entsprechend belegten Speicherplätze im RAM-Speicher. Darüberhinaus besteht eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Anzahl N auch darin, lediglich die Takte bzw. belegten Speicherplätze innerhalb des sich zwischen dem ersten und zweiten Bezugswert UTRG1, UMax erstreckenden Intervalls zu zählen und mit einem die gesamte Meßperiode 2π entsprechend auffüllenden Faktor – bei Verwendung des ersten Nulldurchgangs und des lokalen Maximums als Bezugswert also dem Faktor 2 – zu multiplizieren.Determining the number N of the complete clock pulses CLK n within the measuring period 2π of the reference clock signal clk in turn can be performed in a simple manner e.g. B. by running a defined counter started, for example, a dual counter or even a BCD counter, when accumulating the sampling sequence u D done in the memory. The counter can, for the first time, exceed the corresponding threshold value U REF set by the primary signal u or by the sampling sequence u D , for example, near the corresponding zero-crossing or offset line of the primary signal u, which is assumed to be at least partially periodically and predominantly harmonically the sample corresponding to the first reference value U TRG1 - correspondingly triggered and after repeated elapse of the same threshold value U REF after a time passed by the measuring period 2π has been stopped by the scanning sequence u D in the same direction as before when starting through the first reference value U TRG1 , Accordingly, according to another embodiment In order to determine the sample of the sampling sequence u D serving as the first reference value U TRG1 or to determine the number N of samples within the measurement period 2π, the individual samples U n of the sample sequence u D are each given the at least one predetermined threshold value U REF to compare. Alternatively or in addition to the above-mentioned use of a counter for determining the number N, it is also possible to store, in particular volatile, a section of the reference clock signal clk extending at least over the measuring period 2π and to store the stored portion of the reference clock signal clk for determining the number N from within the measuring period 2π lying complete clocks CLK n of the reference clock signal clk to use, for example, by simply counting the occupied with section of the reference clock signal clk memory locations in the RAM memory. Moreover, another way of determining the number N is to count only the clocks or occupied memory locations within the interval extending between the first and second reference values U TRG1 , U Max and with a factor corresponding to the total measurement period 2π Using the first zero crossing and the local maximum as a reference value, ie the factor 2 - to multiply.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die gesuchte Periodendauer T unter Verwendung der ermittelten Anzahl N, des ersten und zweiten Bezugswerts UTRG1, UMAX sowie in Kenntnis der Abtastfrequenz Fa mit der das Primärsignal u zwecks Erzeugung der Abtastfolge uD abgetastet und digitalisiert wird, zu ermitteln, und zwar in der Annahme einer weitgehend harmonischen Ausprägung des Primärsignals u basierend auf der Funktion:

Figure 00150001
According to a further embodiment of the invention is provided, the desired period T using the determined number N, the first and second reference value U TRG1 , U MAX and in knowledge of the sampling frequency F a with the primary signal u sampled to generate the sample sequence u D and scanned is digitized, in the assumption of a largely harmonic expression of the primary signal u based on the function:
Figure 00150001

Dafür ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen auch die, insb. mit einer Taktrate des Referenztaktsignals clk korrespondierenden, Abtastfrequenz Fa mit der das Primärsignal u zwecks Erzeugung der Abtastfolge uD abgetastet und digitalisiert wird, im Betrieb, ggf. auch wiederkehrend, zu ermitteln und inform eines numerischen Werts im Mikrocomputer μC entsprechenden vorzuhalten. Darüberhinaus wird im Betrieb ferner wenigstens ein Quotientenwert ermittelt, der ein Verhältnis, UTRG1/UMAX, des ersten Bezugswerts UTRG1 zum zweiten Bezugswert UMAX repräsentiert und schließlich zur Berechnung der Periodendauer T entsprechend verwendet. Demnach können unter der Annahme, daß das Meßsignal u im beobachteten Bereich im wesentlichen harmonisch ausgebildet ist, allein in Kenntnis dessen sowie einiger weniger, im Betrieb von Meßgeräten der in Rede stehenden Art ohne weiteres erhältlicher Meßparameter – nämlich ein Start- bzw. Endwert und ein Amplitudenwert für eine den untersuchten Meßsignalabschnitt sowie die der Digitalisierung des Primärsignals u zugrundeliegende Abtastfrequenz Fa – der tatsächliche Verlauf Meßsignal u ausreichend genau approximiert und davon abgeleitet auch die gesuchte Periodendauer T ausreichend genau geschätzt werden. Es hat sich hierbei überraschenderweise gezeigt, daß die Meßungenauigkeit für gesuchte Periodendauer T bei dem auf der Approximation basierenden Schätzung weitaus geringer ausfallen kann, als beispielsweise bei einer herkömmlichen Ausmessung der Nulldurchgänge des Meßsignals u bzw. dessen der Abtastfolge uD.For this purpose, according to a further embodiment of the invention, the sampling frequency F a corresponding to a clock rate of the reference clock signal clk with which the primary signal u is sampled and digitized for the purpose of generating the sampling sequence u D , during operation, if necessary also recurrently, too determine and inform of a numerical value in the microcomputer μC corresponding vorzuhalten. Furthermore, during operation, at least one quotient value is additionally determined which represents a ratio, U TRG1 / U MAX , of the first reference value U TRG1 to the second reference value U MAX and, finally, used accordingly to calculate the period T. Thus, assuming that the measurement signal u in the observed range is substantially harmonic, only in the knowledge and a few, in the operation of measuring instruments of the type in question readily available measurement parameters - namely a start or end value and a Amplitude value for a measurement signal section under investigation as well as the sampling frequency F a on which the digitization of the primary signal u is based - the actual course of the measurement signal u is sufficiently accurately approximated and derived therefrom, the desired period T can be estimated with sufficient accuracy. It has surprisingly been found here that the measurement inaccuracy for desired period T in the approximation based on the estimate can be much lower than, for example, in a conventional measurement of the zero crossings of the measuring signal u and the scan sequence u D.

Alternativ oder in Ergänzung zu der vorgenannten Verwendung eines einfachen Zählers zur Bestimmung der Anzahl N kann diese zwecks einer weiteren Verbesserung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielbaren Meßgenauigkeit bei Verwendung eines ausreichend schnellen Speichers RAM mit ausreichend großer Speicherkapazität beispielsweise auch dadurch erfolgen, daß die Abtastfolge uD zunächst im Speicher RAM zwischengespeichert und die mit dem aktuell untersuchten Abtastintervall der Abtastfolge uD tatsächlich belegten Speicherplätze nachträglich ausgezählt werden.Alternatively or in addition to the above-mentioned use of a simple counter for determining the number N, this can be done for the purpose of further improving the measurement accuracy achievable by the method according to the invention when using a sufficiently fast memory RAM with sufficiently large storage capacity, for example, that the sampling sequence u D initially buffered in the memory RAM and the actually occupied with the currently scanned interval of the scan sequence u D memory locations are subsequently counted.

Dafür ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ferner vorgesehen, einen sowohl vom ersten Bezugswert UTRG1 als auch vom zweiten Bezugswert UMAX verschiedenen, als dritter Bezugswert UTRG2 dienenden Abtastwert zu ermitteln bzw. zur Ermittlung der Periodendauer T entsprechend zu verwenden, welcher Abtast- bzw. Bezugswert UTRG2 das Primärsignal u zu einem vorgegebenen Takt des Referenzsignals clk repräsentiert. Der gesuchte Takt, mit dem der Bezugswert UTRG2 korrespondiert, kann der Einfachheit halber beispielsweise jener Takt des Referenzsignals clk sein, der einem ersten wieder außerhalb der Meßperiode 2π liegenden Abtastwert bzw. einem Nulldurchgang des Primärsignals u entspricht. Dementsprechend kann also als dritter Bezugswert UTRG2 jener der diskreten Abtastwerte Un dienen, der als erster außerhalb des mit der Meßperiode 2π korrespondierenden Abtastintervalls liegt, jener Abtastwert also, der als erster wieder über dem gleichen vorgegebene Schwellenwert UREF liegt oder aber auch jenen Abtastwert der als erster einen zum Schwellenwert UREF komplementären Schwellenwert –UREF überschreitet. Der dritte Bezugswert UTRG2 kann, falls erforderlich, wiederum im Speicher RAM temporär vorgehalten werden.For this purpose, according to a further embodiment of the invention, it is further provided to determine a sample value which is different from both the first reference value U TRG1 and the second reference value U MAX and serves as the third reference value U TRG2, or to use it to determine the period T corresponding to the sampling period. or reference value U TRG2 represents the primary signal u to a predetermined clock of the reference signal clk. For the sake of simplicity, the desired clock to which the reference value U TRG2 corresponds can be, for example, that clock of the reference signal clk which corresponds to a first sampling value lying outside the measuring period 2π or to a zero crossing of the primary signal u. Accordingly, the third reference value U TRG2 can therefore be that of the discrete samples U n which is the first outside the sampling interval corresponding to the measurement period 2π, that sample which is first again above the same predetermined threshold U REF or also that sample which first exceeds a threshold -U REF complementary to the threshold U REF . If necessary, the third reference value U TRG2 can again be temporarily stored in the memory RAM.

Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit mit der die Periodendauer T ermittelt wird, ist ferner vorgesehen anstelle des einzelnen Bezugswerts UTRG1 einen Differenzwert ΔUTRG, der eine Differenz, UTRG1 – UTRG2, zwischen dem ersten Bezugswert UTRG1 und dem zweiten Bezugswert UTRG2 repräsentiert, zu verwenden, um so den mit der diskreten Abtastung des Primärsignals u einhergehenden Fehler zu verringern. Demnach wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Periodendauer T basierend auf Funktion:

Figure 00170001
ermittelt.In order to further improve the accuracy with which the period T is determined, it is further provided instead of the individual reference value U TRG1 a difference value .DELTA.U TRG , which is a difference, U TRG1 - U TRG2 , represented between the first reference value U TRG1 and the second reference value U TRG2 , so as to reduce the error associated with the discrete sampling of the primary signal u. Accordingly, according to a further embodiment of the invention, the period T based on function:
Figure 00170001
determined.

Ferner ist auch möglich, die die Abtastfolge uD und insoweit das Meßsignal u beschreibenden Parameter N, Fa, UTRG1, Umax etc. in einen im Meßgerät entsprechend Funktionsgenerator einzugeben und basierend darauf ein künstliches Meßsignal mit bekannter Periodendauer erzeugen zu lassen, die wiederum als Schätzwert für die gesuchte Periodendauer T dienen kann.Furthermore, it is also possible to have the scanning sequence u D and the parameters n, F a , U TRG1 , U max describing parameters U, etc. entered into a measuring generator corresponding to the function generator and based on this to generate an artificial measuring signal with a known period duration in turn can serve as an estimate for the searched period T.

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Claims (20)

Verfahren zum Ermitteln einer Periodendauer (T) eines zumindest abschnittsweise im wesentlichen periodischen, insb. von einem Meßwandler gelieferten, wenigstens eine physikalische und/oder chemische Meßgröße repräsentierendes, Primärsignals (u), welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: – Generieren eines Referenztaktsignals (clk); – Erzeugen einer mit dem Referenztaktsignal (clk) synchronisierten digitalen Abtastfolge (uD) diskreter, insb. zeitlich äquidistanter, Abtastwerte (Un) vom Primärsignal (u), die einen sich über zumindest eine Meßperiode (2π) des Primärsignals (u) erstreckenden Abschnitt des Primärsignals (u) repräsentiert; – Ermitteln einer Anzahl (N) innerhalb der Meßperiode (2π) liegender vollständiger Takte (CLKn) des Referenztaktsignals (clk); – Ermitteln eines als erster Bezugswert (UTRG1) dienenden Abtastwerts, insb. eines ersten innerhalb eines mit der Meßperiode (2π) korrespondierenden Abtastintervalls liegenden der diskreten Abtastwerte (Un), welcher erster Bezugswert (UTRG1) das Primärsignal (u) zu einem vorgegebenen, insb. einem ersten innerhalb der Meßperiode (2π) liegenden und/oder mit einem Nulldurchgang des Primärsignals (u) korrespondierenden, Takt (CLK1) des Referenzsignals (clk) repräsentiert; – Ermitteln eines, insb. innerhalb der Periode (2π) liegenden, vom ersten Bezugswert (UTRG1) verschiedenen zweiten Bezugswerts (UMAX), der eine Amplitude des Primärsignals (u) repräsentiert; sowie – Bestimmen der Periodendauer (T) basierend auf der Anzahl (N), dem ersten Bezugswert (UTRG1) sowie dem zweiten Bezugswert (UMAX).Method for determining a period duration (T) of an at least partially substantially periodic primary signal (u), in particular supplied by a measuring transducer, representing at least one physical and / or chemical measured variable, the method comprising the following steps: - generating a reference clock signal (clk) ; - Generating a synchronized with the reference clock signal (clk) digital sampling (u D ) discrete, esp. Time equidistant, samples (U n ) from the primary signal (u) extending over at least one measurement period (2π) of the primary signal (u) extending Section of the primary signal (u) represents; - Determining a number (N) within the measuring period (2π) lying complete clocks (CLK n ) of the reference clock signal (clk); - Determining a first reference value (U TRG1 ) serving sample, esp. Of a first within a corresponding with the measurement period (2π) sampling interval of the discrete samples (U n ), which first reference value (U TRG1 ) the primary signal (u) to one predetermined, esp. a first within the measuring period (2π) lying and / or with a zero crossing of the primary signal (u) corresponding clock (CLK 1 ) of the reference signal (CLK) represents; Determining a second reference value (U MAX ), which lies within the period (2π) in particular, and which is different from the first reference value (U TRG1 ), which represents an amplitude of the primary signal (u); and - determining the period (T) based on the number (N), the first reference value (U TRG1 ) and the second reference value (U MAX ). Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend einen Schritt des Ermittelns wenigstens eines Quotientenwerts, UTRG1/UMAX, der ein Verhältnis des ersten Bezugswerts (UTRG1) zum zweiten Bezugswert (UMAX) repräsentiert.A method according to the preceding claim, further comprising a step of determining at least one quotient value, U TRG1 / U MAX , representing a ratio of the first reference value (U TRG1 ) to the second reference value (U MAX ). Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Periodendauer (T) auch basierend auf dem Quotientenwert, UTRG1/UMAX, ermittelt wird.Method according to the preceding claim, wherein the period duration (T) is also determined based on the quotient value , U TRG1 / U MAX . Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Ermittelns eines sowohl vom ersten Bezugswert (UTRG1) als auch vom zweiten Bezugswert (UMAX) verschiedenen, als dritter Bezugswert (UTRG2) dienenden Abtastwerts, insb. eines ersten außerhalb des mit der Meßperiode (2π) korrespondierenden Abtastintervalls liegenden der diskreten Abtastwerte (Un), welcher dritter Bezugswert (UTRG2) das Primärsignal (u) zu einem vorgegebenen, insb. einem ersten wieder außerhalb der Meßperiode (2π) liegenden und/oder mit einem Nulldurchgang des Primärsignals (u) korrespondierenden, Takt des Referenzsignals (clk) repräsentiert.Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of determining a sample which is different from both the first reference value (U TRG1 ) and the second reference value (U MAX ) and serves as the third reference value (U TRG2 ), in particular a first one outside of the measurement period (2π) corresponding sampling interval lying of the discrete sample values (U n), wherein the third reference value (U TRG2) the primary signal (u) to a predetermined, esp. a first back outside the measurement period (2π) lying and / or with a zero-crossing of the primary signal (u) corresponding clock of the reference signal (clk) represents. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend einen Schritt des Verwendens auch des dritten Bezugswerts (UTRG2) zur Ermittlung der Periodendauer (T).Method according to the preceding claim, further comprising a step of using also the third reference value (U TRG2 ) for determining the period duration (T). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, weiters umfassend einen Schritt des Ermittelns eines Differenzwerts, ΔUTRG, der eine Differenz, UTRG1 – UTRG2, zwischen dem ersten Bezugswert (UTRG1) und dem dritten Bezugswert (UTRG2) repräsentiert.The method of claim 4 or 5, further comprising a step of determining a difference value, ΔU TRG , representing a difference, U TRG1 -U TRG2 , between the first reference value (U TRG1 ) and the third reference value (U TRG2 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, weiters umfassend einen Schritt des Selektierens, insb. Speicherns, des als dritter Bezugswert (UTRG2) dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge (uD).Method according to one of claims 4 to 6, further comprising a step of selecting, in particular storing, the sample of the sampling sequence (u D ) serving as the third reference value (U TRG2 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, weiters umfassend einen Schritt des Vergleichens von Abtastwerten (Un) der Abtastfolge (uD) mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert (UREF) zum Ermitteln des als dritter Bezugswert (UTRG2) dienenden Abtastwerts der Abtastfolge (uD).Method according to one of claims 4 to 7, further comprising a step of comparing samples (U n ) of the sampling sequence (u D ) with at least one predetermined threshold value (U REF ) for determining the sampling value of the sampling sequence serving as the third reference value (U TRG2 ) (u D ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Ermittelns einer, insb. mit einer Taktrate des Referenztaktsignals (clk) korrespondierenden, Abtastfrequenz (Fa) mit der das Primärsignal (u) zwecks Erzeugung der Abtastfolge (uD) abgetastet und digitalisiert wird.Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of determining a sampling frequency (F a ), in particular corresponding to a clock rate of the reference clock signal (clk), with which the primary signal (u) is sampled and digitized for generating the sampling sequence (u D ) becomes. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Periodendauer (T) basierend auf der Gleichung
Figure 00210001
ermittelt wird.Method according to the preceding claim, wherein the period duration (T) based on the equation
Figure 00210001
is determined. Verfahren nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 4 und 7, wobei die Periodendauer (T) basierend auf der Gleichung
Figure 00220001
ermittelt wird.The method of claim 9 in combination with claims 4 and 7, wherein the period duration (T) is based on the equation
Figure 00220001
is determined. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Vergleichens von Abtastwerten (Un) der Abtastfolge (uD) mit wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert (UREF) zum Ermitteln des als erster Bezugswert (UTRG1) dienenden Abtastwerts der Abtastfolge (uD) und/oder zum Ermitteln der Anzahl (N) von innerhalb der Meßperiode (2π) liegenden Abtastwerten (Un).Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of comparing sampling values (U n ) of the sampling sequence (u D ) with at least one predetermined threshold value (U REF ) for determining the sample value of the sampling sequence ( u.sub.1 ) serving as the first reference value (U TRG1 ) D ) and / or for determining the number (N) of samples (U n ) within the measuring period (2π). Verfahren nach Anspruch 8 und 12, wobei zum Ermitteln des als erster Bezugswert (UTRG1) dienenden Abtastwerts der Abtastfolge (uD) wie auch zum Ermitteln des als dritter Bezugswert (UTRG2) dienenden Abtastwerts der Abtastfolge (uD) jeweils der gleiche vorgegebene Schwellenwert (UREF) verwendet wird.Method according to claims 8 and 12, wherein for determining the sample value (u D ) serving as the first reference value (U TRG1 ) as well as for determining the sample value (u D ) serving as the third reference value (U TRG2 ), the same predetermined value is used in each case Threshold (U REF ) is used. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Startens eines Zählers, insb. eines Dualzählers oder eines BCD-Zählers, zwecks Ermitteln der Anzahl (N) von innerhalb der Meßperiode (2π) liegender vollständiger Takte (CLKn) des Referenztaktsignals (clk).Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of starting a counter, in particular a dual counter or a BCD counter, for determining the number (N) of complete clocks (CLK n ) of the reference clock signal within the measuring period (2π) ( clk). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend Schritte des, insb. flüchtigen, Speichern eines sich zumindest über die Meßperiode (2π) erstreckenden Abschnitts des Referenztaktsignals (clk) sowie des Verwenden des gespeicherten Abschnitts des Referenztaktsignals (clk) zum Ermitteln der Anzahl (N) von innerhalb der Meßperiode (2π) liegender vollständiger Takte (CLKn) des Referenztaktsignals (clk).Method according to one of the preceding claims, further comprising steps of, in particular volatile, storing a portion of the reference clock signal (clk) extending over at least the measurement period (2π) and using the stored portion of the reference clock signal (clk) to determine the number (N ) of within the measuring period (2π) lying complete clocks (CLK n ) of the reference clock signal (clk). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Selektierens des als erster Bezugswert (UTRG1) dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge (uD).Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of selecting the sampling value (u D ) serving as the first reference value (U TRG1 ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Speicherns des als erster Bezugswert (UTRG1) dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge (uD).Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of storing the sampling value (u D ) serving as the first reference value (U TRG1 ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Selektierens, insb. Speicherns, des als zweiter Bezugswert (UMAX) dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge (uD).Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of selecting, in particular storing, the sample of the sampling sequence (u D ) serving as the second reference value (U MAX ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, weiters umfassend einen Schritt des Speicherns des als zweiter Bezugswert (UMAX) dienenden Abtastwerts von der Abtastfolge (uD).Method according to one of the preceding claims, further comprising a step of storing the sample value (u D ) serving as the second reference value (U MAX ). Verwenden der gemäß dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche ermittelten Periodendauer (T) zum Abschätzen einer Signalfrequenz des Primärsignals (u) oder zumindest einer harmonischen Signalkomponente davon und/oder Verwenden der gemäß dem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche ermittelten Periodendauer (T) zum Ermitteln einer physikalischen Meßgröße, insb. einer Massendurchflußrate, einer Volumendurchflußrate und/oder einer Dichte, eines in einer Leitung geführten oder in einem Behälter vorgehaltenen Mediums, insb. eines Fluids.Use the according to the procedure determined according to one of the preceding claims period (T) for estimating a signal frequency of the primary signal (u) or at least one harmonic signal component thereof and / or Use the according to the method according to one of previous period ascertained period (T) for Determining a physical measurand in particular a mass flow rate, a volumetric flow rate and / or density, one in a line or in a container vorhaltenen medium, esp. One Fluid.
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