DE69709338T2

DE69709338T2 - Coriolis-massendurchflussmesser mit vorrichtungen und verfahren zur verringerung von nullpunktverschiebungen, die von sich ändernden randbedingungen herrühren

Info

Publication number: DE69709338T2
Application number: DE69709338T
Authority: DE
Inventors: R. Cage; K. Carmichael; T. Hahn; N. Schott
Original assignee: Direct Measurement Corp
Current assignee: Direct Measurement Corp
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: EP0895581B1; US5827979A; EP0895581A1; CA2241919A1; AU714784B2; AU2530097A; DE69709338D1; CA2241919C; WO1997040348A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist allgemein auf Coriolis-Massendurchflußmesser und genauer auf Signalverarbeitungsvorrichtungen und -verfahren zum Verringern bzw. Schwächen von Nullpunktverschiebungen gerichtet, die auf eine geänderte Randbedingung in einem Coriolis-Massendurchflußmesser zurückführbar sind.

Hintergrund der Erfindung

In dem Gebiet von Strömungs- bzw. Flußmessungen sind Flußmeßgeräte bzw. Durchflußmesser, welche das Coriolis-Prinzip verwenden, in jüngster Zeit von primärem Interesse in der Industrie aufgrund ihrer Fähigkeit geworden, eine Massendurchflußrate bzw. -geschwindigkeit eines Fluids ohne eine in den Massenstrom eingreifende Vorrichtung zu messen. Wie mit jeder Meßvorrichtung wird die Ausgabe der Vorrichtung üblicherweise gemacht, um einen linearen Zusammenhang mit dem zu messenden Parameter (beispielsweise Massendurchflußrate) aufzuweisen.
Im allgemeinen ist ein Coriolis-Durchflußmeßgerät eine Vorrichtung, welche eine Strömungsleitung verwendet, welche zu einer Vibration in einer "angetriebenen Mode" einer Vibration veranlaßt wird. Diese Vibration, gemeinsam mit dem fließenden bzw. strömenden Fluid, ändert periodisch die Richtung des strömenden Fluids, wodurch bewirkt wird, daß periodische Coriolis-Kräfte auf die Strömungsleitung wirken. Diese Coriolis-Kräfte wiederum bewirken, daß eine Antwort der Strömungsleitung (eine "Coriolis-Mode" einer Vibration) auftritt, welcher der angetriebenen Mode überlagert ist. Diese Effekte beinhalten Amplituden- oder Phasenänderungen in der Bewegung an einer gegebenen Stelle bzw. Position an der Strömungsleitung. Von der Amplitude der Coriolis-Mode wird normalerweise angenommen, daß sie proportional zu der Massendurchflußrate des Fluids ist, vergrößert durch die Empfindlichkeit der Vorrichtung in diesem Moment.
Traditionelle Techniken zum Ermitteln bzw. Entnehmen von Information betreffend die Massendurchflußrate aus der kombinierten Bewegung sowohl der angetriebenen Mode als auch der Coriolis-Mode beinhalten ein Messen einer Zeitverzögerung zwischen zwei Punkten an der Strömungsleitung, eine Subtraktion von Bewegungen, welche an zwei Punkten entlang der Strömungsleitung erfaßt bzw. ermittelt werden, ein Messen einer Phasendifferenz zwischen zwei Punkten an der Strömungsleitung oder ein Messen einer Bewegung an einem Punkt, wo keine angetriebene Bewegung, sondern nur eine Coriolis-Mode-Bewegung existieren sollte. Alle diese Methoden bzw. Verfahren, welche hier beschrieben sind, und andere, nicht beschriebene Verfahren verwenden allgemein einen oder mehrere physikalische Sensoren, welche zusammenwirken bzw. zusammenarbeiten, um eine einzelne Messung (z. B. Phase, Zeit oder Geschwindigkeit) durchzuführen, welche proportional in Zusammenhang mit der Massendurchflußrate stehen sollte, vermehrt durch die Empfindlichkeit des Meßgeräts zu diesem Moment.
Mit einem Ausgangs- bzw. Ausgabesignal, welches linear zu der Massendurchflußrate ist, müssen zwei Parameter für den linearen Zusammenhang bekannt sein, um für die Endverbraucher nützlich bzw. verwendbar zu sein, nämlich: "Empfindlichkeit" und "Null" (wie nachfolgend im Detail definiert).
Im Hinblick auf die Empfindlichkeit wird die Größe der Coriolis-Mode stark durch Änderungen in Fluid- und Strömungsleitungsparametern, wie beispielsweise Fluiddichte, Temperatur, Druck, Viskosität, Leitungsbeanspruchung und Frequenz, beeinflußt. Zusätzlich beeinflußt jeder dieser Parameter die Empfindlichkeit in unterschiedlichen Maßen in Abhängigkeit von der Art der Messung und der verwendeten Signalbearbeitung bzw. -verarbeitung. Beispielsweise werden Zeitverzögerungsmessungen, Phasenmessungen und Geschwindigkeitsmessungen der Coriolis-Mode alle unterschiedlich durch die obengenannten Fluid- und Umgebungsparameter beeinflußt bzw. beeinträchtigt.
Die Entwicklung des Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts hat zahlreiche Verfeinerungen und Verbesserungen bei der Bestimmung der Sensitivität bzw. Empfindlichkeit der Vorrichtung gesehen, insbesondere aufgrund der Tatsache, daß Empfindlichkeitsänderungen in der Vorrichtung ein vorhersagbares Resultat der Konstruktion bzw. des Designs der Vorrichtung in Kombination mit den meßbaren Parametern sind, welche diese Empfindlichkeit ändern können, wie beispielsweise Fluidtemperatur, Druck, Dichte, Viskosität oder Leitungsbeanspruchung. Daher haben sich Methoden bzw. Verfahren zur Bestimmung der Empfindlichkeit insbesondere auf die Bestimmung dieser Parameter und Kompensation ihrer einzelnen und kombinierten Effekte konzentriert. Beispielsweise offenbart die EP-A 0 578 113 einen Massendurchflußmesser bzw. ein Massendurchflußmeßgerät, welches zahlreiche Temperatursensoren beinhaltet, welche die Temperatur einer Meßleitung detektieren und den gemessenen Wert in Abhängigkeit von der Temperatur der Meßleitung korrigieren. Weiters offenbart die EP-A 0 701 107 ein Vibrationsmeßinstrument, welches genau notwendige Werte mißt, während es die Einflüsse von Dichteänderurigen des zu messenden Fluids kompensiert.
Bedauerlicherweise hat die Bestimmung des Nullpunkts bzw. Nulldurchgangs eines Coriolis-Maßendurchflußmessers nicht dieselbe fortschreitende Entwicklung wie die Empfindlichkeit erfahren, wie dies oben erläutert ist. Dies insbesondere deshalb, da für den Nullpunkt bzw. Nulldurchgang eines Meßgeräts und seine Neigung zu einer Änderung angenommen wurde, daß er ein Kunstgebilde des mechanischen Designs bzw. der mechanischen Konstruktion und Herstellung einer gegebenen Vorrichtung, insbesondere aufgrund der Genauigkeit der "Balance" bzw. des "Abgleichs" der Vorrichtung, ist. Derart verbleibt, während eine Empfindlichkeitsbestimmung und -kompensation wichtig bzw. wesentlich für eine Signalverarbeitung eines Coriolis-Durchflußmessers sind, die Bestimmung des dem Massenfluß zugeordneten Signals getrennt von Nullpunktverschiebungen aufgrund von Rand- bzw. Grenzbedingungseffekten ein signifikantes Problem.
Traditionellerweise wurde für die Strömungsleitung normalerweise angenommen, daß sie ein isoliertes System ist, worin sowohl die angetriebene Mode als auch die Coriolis- Mode einer Vibration ohne eine Störung von Änderungen in den Randbedingungen auftreten können. Dies ist in tatsächlichen Anwendungen selbstverständlich nicht der Fall. Konstruktionen von Coriolis-Meßgeräten haben üblicherweise versucht, die Vibration der Strömungsleitung auszugleichen, um diesen isolierten Zustand bzw. diese isolierte Bedingung zu erreichen zu versuchen. Diese Konstruktionsziele haben zu dem Doppelleitungstyp-Flußmesser mit "parallelem Weg" geführt, in welchem die Vibration einer Leitung durch die andere ausgeglichen wird. Da Änderungen in den Fluidparametern durch beide Leitungen gleich gesehen werden, wird der Ab- bzw. Ausgleich theoretisch aufrecht erhalten. Zusätzlich haben diese Konstruktionsziele zu der Entwicklung von radial vibrierenden Strömungsleitungen geführt, in welchen eine einzelne Leitung verwendet wird und welche in einer radialen Mode vibriert werden kann, in welcher eine Seite der Leitung gegenüberliegend bzw. entgegengesetzt zu der anderen Seite derselben Leitung vibriert wird, wodurch der Ausgleich bzw. die Balance aufrecht erhalten wird.
Während diese ab- bzw. ausgeglichenen Designs bzw. Konstruktionen einen gewissen kommerziellen Erfolg erzielt haben, ist dieser "ausgleichende" Ansatz auf zwei Arten problematisch. Erstens ist nichts perfekt; daher ist selbst das am perfektesten ausgeglichene, theoretische Design, wenn es zu einem aktuellen bzw. tatsächlichen Flußmeter bzw. -meßgerät führt, nicht perfekt und unterliegt Nullpunktverschiebungsproblemen aufgrund von Grenz- bzw. Randbedingungseffekten. Zweitens ist, da ein ausgeglichenes Design zu erzeugen ist, der Konstrukteur des Durchflußmessers auf bestimmte Geometrien beschränkt, welche versuchen können, dieses Ziel zu erreichen. Dieser Ansatz bzw. Zugang eliminiert die Möglichkeit einer Verwendung von "nicht ausgeglichenen" Konstruktionen, welche in der Praxis bzw. tatsächlich von einem Standpunkt eines Endverbrauchers wünschenswert sein können (wie beispielsweise die einzelne, gerade Strömungsleistung, welche in einer Biegemode einer Vibration arbeitet).
Der Stand der Technik offenbart bzw. zeigt, daß einige Versuche gemacht wurden, um mit den Problemen umzugehen, welche mit einer Konstruktion einer nicht ausgeglichenen, einzelnen, geraden Leitung in Zusammenhang stehen. Ein Verfahren ist im US-Patent Nr. 5,323,658, Yao et al., beschrieben. Yao et al. beschreiben ein Verfahren, welches versucht, die Vibration durch ein Messen und ein dynamisches Löschen der Vibration des "Festlegungsabschnitts des Meßrohrs" "dynamisch zu stabilisieren". Dieses Verfahren versucht, nicht äb = bzw. ausgeglichene Vibrationen durch eine Zufuhr von Kräften von einer dynamischen Beaufschlagungseinrichtung handzuhaben. Ungünstigerweise vertraut Yao et al.. auf eine totale Korrelation zwischen den Vibrationen und den Ausgleichskräften, welche durch die dynamische Beaufschlagungseinrichtung geliefert werden. In der realen. Welt muß die Korrelation nicht vollständig sein, wobei dies in einer Aufnahme von Kräften durch die Leitung nicht nur von den ursprünglichen Vibrationen, sondern auch von der dynamischen Beaufschlagungseinrichtung resultiert, wodurch unter Umständen die nicht ausgeglichenen Kräfte auf die Leitung verdoppelt werden.
Das fundamentale Problem mit Designs bzw. Konstruktionen mit nicht aus- bzw. abgeglichener, einzelner, gerader Leitung ist, daß Grenz- bzw. Randbedingungsänderungen in Kombination mit der angetriebenen Mode der Vibration den Amplituden- oder Phasenzusammenhang oder beide der Bewegung an einer vorgegebenen Stelle bzw. Position entlang der Strömungsleitung ändern können. Dieser geänderte Zusammenhang kann (durch traditionelle Signalverarbeitungstechniken) als ein Massendurchflußeffekt interpretiert werden, wodurch irrtümlicherweise bzw. fehlerhaft der Nullpunkt verschoben wird.
Bisher waren Coriolis-Sensoren und -Signalverarbeitungsschaltungen nicht fähig, den Unterschied zwischen (a) Effekten im Zusammenhang mit einer Massendurchflußrate und (b) einem verschobenen Nullwert aufgrund von Effekten im Zusammenhang mit einer Randbedingung (nachfolgend definiert) zu unterscheiden, und waren daher in ihrer Genauigkeit auf den "Nullstabilitäts"-Wert der Vorrichtung beschränkt. Dieser Nullstabilitäts-Wert ist normalerweise eine Grenze, welche experimentell bestimmt wird, und wird auf den meisten Herstellerspezifikationen einfach angegeben. Zusätzlich hat diese Beschränkung die Verwendung von "nicht abgeglichenen" Meßgerät-Konstruktionen verhindert. Dementsprechend sind derzeit die einzig bekannten Meßgeräte Designs, welche für hohe Genauigkeitsresultate bekannt sind, ab- bzw. ausgeglichene Designs, wie beispielsweise Designs vom Parallelwegtyp mit Doppel- bzw. Zwillingsleitung oder radial vibrierende Einzelleitungsdesigns.
Diese Beschränkung hat weitestgehend die Verwendung einer einzelnen, geraden Leitung, welche in einer Biegemode vibriert, ohne den Vorteil einer ausgleichenden Strömungs- bzw. Durchflußleitung verhindert, um einen guten Gesamtausgleich zu erhalten. Diese Einzelleitungs-Biegemodekonfiguration ist für Endverbraucher beispielsweise aufgrund ihrer Einfachheit, der Einfachheit einer Inspektion oder eines geringen Druckabfalls sehr wünschenswert. Ohne den Vorteil einer ausgleichenden, zweiten Strömungsleitung kann jedoch die Konfiguration nicht für alle Bedingungen bzw. Zustände (wie beispielsweise Fluidtemperatur, Druck, Dichte, Viskosität oder Leitungsbeanspruchung) abgeglichen werden und unterliegt daher Nullpunktverschiebungen bei traditionellen Signalverarbeitungstechniken. Erforderlich ist daher die Fähigkeit, mit der Massendurchflußrate in Beziehung stehende Signale getrennt von den Effekten von Nullpunktverschiebungen aufgrund von sich ändernden Grenz- bzw. Randbedingungen an einem Coriolis-Massendurchflußmeßgerät zu bestimmen.
Dementsprechend ist in der Technik ein Weg erforderlich, um zwischen Massendurchflußrateneffekten und Nullpunktverschiebungseffekten an einem Coriolis-Massendurchflußmesser zu unterscheiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die oben diskutierten Nachteile bzw. Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu adressieren, ist es ein primäres Ziel der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und Verfahren, wie sie nachfolgend in den Ansprüchen 1 und 11 beansprucht sind, für ein getrenntes Bestimmen sowohl von Massendurchflußeffekten als auch Effekten eines verschobenen Nullpunkts zur Verfügung zu stellen, wodurch erlaubt wird, die endgültige Genauigkeit eines gegebenen Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts durch Reduzieren der Nullpunktstabilitätsbegrenzung zu verbessern. Diese Fähigkeit erlaubt auch die Verwendung von Konfigurationen mit nicht abgeglichenem Coriolis-Massendurchflußmesser, welche normalerweise unannehmbar großen Nullpunktverschiebungsproblemen unterworfen sind bzw. unterliegen.
Es müssen wiederum bei einem Ausgangs- bzw. Ausgabesignal, welches linear zu der Massendurchflußrate ist, zwei Parameter für den linearen Zusammenhang bekannt sein, um für die Endverbraucher nützlich bzw. verwendbar zu sein, nämlich: "Empfindlichkeit" und "Nullpunkt".
Empfindlichkeitseffekte und die Kompensation derselben sind ausführlich im US-Patent Nr. 5,497,665, erteilt an Cage et al., und in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/569,967 von Cage et al. geoffenbart. Das bevorzugte Verfahren einer Bestimmung und Kompensation der Empfindlichkeit für die darin bevorzugte Ausführungsform wird in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/569,967 von Cage et al. beschrieben, worin die Strömungsleitung unter Verwendung einer Bezugserregung erregt wird. Die Antwort bzw. das Ansprechen der Strömungsleitung auf diese Bezugserregung wird dann verwendet, um Empfindlichkeitsänderungen zu bestimmen und zu kompensieren.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von Yao et al. (oben beschrieben) und jeglichen derartigen Verfahren gemäß dem Stand der Technik durch ein spezielles Messen einer Vielzahl von Stellen bzw. Positionen an dem aktiven Bereich bzw. Abschnitt der Strömungsleitung und durch das Verständnis der Form der Bewegung der Strömungsleitung, welche aus Coriolis-Kräften resultiert, im Gegensatz zu der Form der Bewegung der Strömungsleitung, welche aus schlechten oder sich ändernden Grenz- bzw. Randbedingungen resultiert, wobei die vorliegende Erfindung mathematisch zwischen den zwei Arten von Information unterscheidet und dadurch für die mit dem Massenstrom bzw. dem Massendurchfluß in Beziehung stehende Komponente im wesentlichen frei von Fehlern aufgrund von sich ändernden Randbedingungen löst. Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher nicht auf jegliches Rauschen oder Vibration, welche(s) außerhalb des aktiven Bereichs der Strömungsleitung stattfindet, und versucht auch nicht, ein derartiges Rauschen oder eine derartige Vibration zu messen oder zu kompensieren.
Wie oben erwähnt, liegt das fundamentale Problem mit Konstruktionen mit nicht abgeglichener, einzelner, gerader Leitung darin, daß Grenzbedingungsänderungen in Kombination mit der angetriebenen Mode einer Vibration den Amplituden- oder Phasenzusammenhang oder beide der Bewegung an einer vorgegebenen Stelle entlang der Strömungsleitung ändern können, welches (durch traditionelle Signalverarbeitungstechniken) als ein Massendurchfluß- bzw. Massenstromeffekt interpretiert werden kann, wodurch irrtümlicherweise bzw. fehlerhaft der Nullpunkt verschoben wird.
Die vorliegende Erfindung adressiert dieses Problem durch ein Unterscheiden zwischen Coriolis-Effekten und Grenzbedingungs- bzw. Randbedingungseffekten. Dies ist aus der Tatsache verständlich, daß Coriolis-Effekte an der Strömungsleitung und Randbedingungseffekte an der Strömungsleitung fundamental unterschiedlich in bezug auf die Amplitude und/oder Phase ihrer entsprechenden Antworten sind. Insbesondere leiten sich Coriolis-Effekte von einem sanft variierenden, verteilten Kraftprofil über die gesamte Länge der Strömungsleitung ab, während sich Randbedingungseffekte von Moment- und Scherkräften ableiten, welche auf die Enden der Strömungsleitung wirken. Diese zwei unterschiedlichen "Erregungsquellen" bewirken daher zwei deutlich verschiedene Antworten auf die Strömungsleitung und obwohl sie ähnlich bzw. gleich sein können, sind sie unterschiedlich genug, um der vorliegenden Erfindung zu erlauben, zwischen diesen zwei zu unterscheiden.
Durch ein spezielles Ermitteln bzw. Aufnehmen der Bewegung entlang des aktiven Abschnitts der Strömungsleitung bei einer Vielzahl von Punkten, welche unterschiedliche Mengen dieser zwei Arten von Information enthalten, können die resultierenden Signale verarbeitet werden, um für die Werte von einer oder beiden Komponenten gelöst zu werden und dadurch im wesentlichen die Randbedingungseffekte von den Massenstrom- bzw. Massendurchflußeffekten zu trennen und zu eliminieren. Das Endresultat ist ein abschließendes Ausgangsignal, welches im wesentlichen unabhängig von Nullpunktverschiebungsproblemen aufgrund von Änderungen in Grenz- bzw. Randbedingungen ist. Dieses Ergebnis erlaubt daher die Verwendung von nicht ausgeglichenen bzw. nicht abgeglichenen Konstruktionen, beispielsweise eines Meßgeräts vom Einzelleitungs-Biegemodus-Typ, welches normalerweise unannehmbar großen Nullpunktverschiebungsproblemen unterworfen ist. Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung werden jedoch diese Nullpunktprobleme im wesentlichen eliminiert.
Im allgemeinen erzeugt die Coriolis-Mode, welche aus den Massendurchflußeffekten resultiert, eine vorhersagbare und symmetrische Amplituden-, Belastungs- und Phasenverteilung entlang der Strömungsleitung, wie dies nachfolgend im Detail erläutert werden wird. Eine Grenz- bzw. Randbedingungsmode, welche aus der angetriebenen bzw. aufgeprägten Vibration in Kombination mit Grenz- bzw. Randbedingungseffekten resultiert, erzeugt im allgemeinen eine unterscheidbar unterschiedliche und oft asymmetrische Amplituden-, Belastungs- und Phasenverteilung entlang der Strömungsleitung. Es ist dieser Unterschied zwischen Coriolis-Effekten und Randbedingungseffekten, welche die Unterscheidung der Größe der mit dem Massendurchfluß in Beziehung stehenden Komponenten getrennt von den Fehlern erlaubt, welche durch Randbedingungseffekte bewirkt werden.
Daher kann durch ein Erfassen bzw. Erlangen von wenigstens zwei Bewegungssignalen von der Strömungsleitung, welche unterschiedliche, relative Mengen bzw. Ausmaße des Coriolis-Effekts gegenüber dem Randbedingungseffekt aufweisen, die Bewegungsinformation durch eine Vielzahl von Verfahren bzw. Methoden (welche nachfolgend beschrieben werden) analysiert werden, um die Größe der mit dem Massendurchfluß in Beziehung stehenden Effekte von derjenigen der mit der Grenz- bzw. Randbedingung in Beziehung stehenden Effekte zu trennen. Eine höhere bzw. größere Genauigkeit wird dadurch erzielt, daß mehrere Messungen entlang der Strömungsleitung aufgenommen werden, und da Grenzbedingungseffekte von einem oder beiden Enden der Strömungsleitung auftreten können, können noch höhere Genauigkeiten erzielt werden, indem getrennt die Einlaß- und Auslaßhälften der Strömungsleitung relativ zu dem Zentrum bzw. Mittelpunkt analysiert werden. Tatsächlich wird die Form der aktuellen bzw. tatsächlichen Bewegung bestimmt und die Form der Coriolis-Mode-Komponente wild getrennt von der Form der Randbedingungs-Mode-Komponente bestimmt.
Zur Erzielung des obigen, primären Ziels bzw. Gegenstands stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen einer Massendurchflußrate bzw. -geschwindigkeit eines Fluids zur Verfügung, welches relativ zu einer Fluß- bzw. Strömungsleitung fließt, beinhaltend: (1) einen Zwangsantrieb zum Vibrieren der Strömungsleitung, (2) einen Sensor zum Messen einer resultierenden Bewegung der Strömungsleitung und zum Erzeugen eines aufgenommenen bzw. ermittelten Bewegungssignals, welches dafür indikativ bzw. anzeigend ist, wobei die resultierende Bewegung eine Coriolis-Mode- Komponente und eine Randbedingungs-Mode-Komponente enthält, (3) eine Signalbearbeitungsschaltung, welche mit dem Sensor gekoppelt ist, um das aufgenommene Bewegungssignal davon zu erhalten, um eine Größe der Coriolis-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung zu bestimmen, und (4) eine Ausgangs- bzw. Ausgabeschaltung zum Erzeugen eines Ausgabe- bzw. Ausgangssignals, welches zu der Massendurchflußrate proportional ist, wobei das Ausgangssignal im wesentlichen frei von einem Einfluß von der Grenzbedingungs-Mode-Komponente des aufgenommenen Bewegungssignals ist.
Verschiedene physikalische Ausführungsformen und sich darauf beziehende Signalverarbeitungsmethoden werden nachfolgend beschrieben, um das angegebene Ziel zu erreichen. Die beschriebenen, physikalischen Ausführungsformen beinhalten: (a) eine Strömungsleitung mit fünf Meßstellen entlang der Länge der Strömungsleitung und (b) eine Strömungsleitung mit zwei Meßstellen entlang der Länge der Strömungsleitung, wobei die bevorzugte Ausführungsform fünf Meßstellen aufweist.
Das primäre, beschriebene Signalverarbeitungsverfahren beinhaltet ein Kurvenfitten bzw. -anpassen der gemessenen Bewegung und ein Extrahieren der mit der Coriolis-Kraft in bezug stehenden Komponente daraus getrennt von der Randbedingungs-Fehlersignal-Komponente.
Im allgemeinen beinhalten bzw. bedingen die hier beschriebenen, physikalischen Ausführungsformen mehrfache Bewegungsermittlungspunkte entlang der Länge der Strömungsleitung, um genau die Verteilung der Bewegung (beispielsweise die Form der Amplitude, Phase, Belastung oder Geschwindigkeit) entlang der Länge der Strömungsleitung zu beschreiben. Daher ist, je mehr Aufnahmepunkte entlang der Strömungsleitung vorgesehen sind, diese Verteilungsinformation um so genauer. Sobald die Bewegungssignale erhalten wurden, werden sie vorzugsweise durch mathematische Verfahren bzw. Methoden be- bzw. verarbeitet, welche darauf abzielen, die angenommene Bewegungsverteilung, welche sich auf die Coriolis-Mode bezieht, von jeglichen Fehlern aufgrund von anderen Effekten, wie beispielsweise Grenz- bzw. Randbedingungseffekten zu trennen. Diese mathematischen Methoden beinhalten gleichzeitige Lösungen von nicht-linearen Gleichungen, Kurvenfit- bzw. Kurvenanpaßverfahren oder spezielle, auf die Daten angewandte Algorithmen.
Das bevorzugte Verfahren einer Bearbeitung der erhaltenen. bzw. aufgenommenen Bewegungssignale ist ein Kurvenfitten bzw. Kurvenanpassen der erhaltenen Datenpunkte unter Verwendung einer Funktion, welche die drei Typen von Information involviert bzw. mit sich bringt, welche insbesondere in den Daten vorhanden sind, nämlich: (a) die Information der angetriebenen Mode, (b) die Coriolis-Effekt-Information und (c) die Rand-Effekt-Information. Die gemessene Funktion nimmt daher die Form der nachfolgenden, verallgemeinerten Gleichung (1) an:
F(x, t) = Dm(x, t) + Cm(x, t) + BCm(x, t) (1)
worin:
F(x, t) die Amplitude der gemessenen Bewegung bei einer Position (x) zu einer Zeit (t) ist. (Der Ausdruck Bewegung kann hier jegliche Art einer gemessenen Größe, wie beispielsweise Verschiebung, Geschwindigkeit, Belastung, Phase oder Beschleunigung, sein)
Dm(x, t) die Amplitude der Bewegung an einer Position (x) zu einer Zeit (t) aufgrund der angetriebenen Mode der Vibration ("Dm") ist;
Cm(x, t) die Amplitude der Bewegung an einer Position (x) zu einer Zeit (t) aufgrund der Coriolis-Mode der Vibration ("Cm") ist; und
BCmn(x, t) die Amplitude der Bewegung an einer Position (x) zu einer Zeit (t) aufgrund der Randbedingungs- Mode einer Vibration ("BCm") ist.
Die Funktionen Dm(x, t), Cm(x, t) und BCm(x, t) sollten durch den Konstrukteur bzw. Hersteller unter Verwendung von Analysetechniken mit finiten Elementen ("FEA") während der Konstruktion der Strömungsleitung bestimmt werden. Die tatsächlichen Funktionen können auch für die Struktur durch Analyse bestimmt bzw. ermittelt werden, nachdem die Struktur hergestellt wurde, oder während eines Kalibriervorgangs, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Eine tatsächliche bzw. aktuelle Messung dieser Funktionen für jede Struktur kann die Genauigkeit der Resultate verbessern, wobei sie sich jedoch als kostspieliger auf einer Herstellungs- bzw. Produktionsbasis erweisen kann. Dies stellt einen Ausgleich bzw. Abgleich zwischen Herstellungskosten und endgültiger Genauigkeit dar.
In der bevorzugten Ausführungsform werden diese Funktionen unter Verwendung von FEA-Techniken bestimmt und während eines Kalibriervorgangs modifiziert und ihre mathematischen Repräsentationen bzw. Darstellungen werden in der Signalverarbeitungselektronik gespeichert. Die Bewegung an jedem Sensor- bzw. Ermittlungspunkt wird gemessen und zu einer bestimmten Zeit (t), üblicherweise einmal pro Leitungsvibrationszyklus, werden die Amplituden dieser Bewegungen bestimmt und einer Kurvenfitroutine unterworfen. Die bevorzugte Kurvenfitroutine ist das Gauß-Newton-Verfahren, wobei die angenommene bzw. erwartete Form von jeder Bewegungskomponente (Dm-, Cm- und BCm-Funktionen) unter Verwendung von Polynomen charakterisiert werden und diese Polynome gemeinsam mit ihren ersten und zweiten Ableitungen in der Elektronik gespeichert werden, um von einer Lösungseinrichtung verwendet werden, welche den "besten Fit" der gemessenen Daten an die Polynome bestimmt.
Die Kurvenfitroutine löst dann für die Komponenten von jedem Term in Gleichung (1), wodurch die einzelnen Komponenten von Dm, Cm und BCm getrennt werden. Sobald gelöst, ist der sich auf Cm beziehende Koeffizient dann proportional zu der Massendurchflußrate durch das Meßgerät in diesem Moment und im wesentlichen frei von Nullpunktverschiebungsfehlern aufgrund von Randbedingungseffekten. Ein Massendurchflußratensignal wird dann proportional zu Cm erzeugt, welches dann weiter für die Sensitivität bzw. Empfindlichkeit der Strömungsleitung zu diesem Moment kompensiert werden muß.
Wie vorher erwähnt, könne viele Arten von Algorithmen für Empfindlichkeitskompensationen, wie beispielsweise Temperaturkorrekturen für den Elastizitätsmodul der Strömungsleitung, angewandt werden. Ein anderes Empfindlichkeits-Kompensationsverfahren involviert bzw. bedingt ein Dividieren des proportionalen Massendurchflußratensignals durch Wn, wobei W die Frequenz der angetriebenen Mode ist und "n" eine Zahl oder ganze Zahl ist, welche durch den Konstrukteur bestimmt ist. Dieses Verfahren wird vollständig im US- Patent Nr. 5,497,665, erteilt an Cage et al., ausgeführt. Andere, üblicherweise angewandte Empfindlichkeitskorrekturen beinhalten Druck, Dichte, Viskosität, Frequenz und Leitungsbeanspruchung. Aufgrund der Vielzahl und Komplexität dieser einzelnen Empfindlichkeitskorrekturen verwendet die bevorzugte Ausführungsform das in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/569,967 von Cage et al. beschriebene Verfahren, worin eine Bezugserregung auf die Strömungsleitung aufgebracht bzw. angewandt wird und ihre Frequenzantwort auf diese Erregung gemessen wird. Diese Antwort stellt dann die Sensitivität bzw. Empfindlichkeit der Strömungsleitung in diesem Moment unabhängig von den verschiedenartigen Kombinationen von Effekten dar, welche auf die Strömungsleitung wirken können, welche Änderungen in dieser Empfindlichkeit bewirken.
Das Massendurchflußratensignal wird dann (falls erforderlich) für die Empfindlichkeit der Strömungsleitung kompensiert und das resultierende Signal ist dann tatsächlich repräsentativ für die Massendurchflußrate und im wesentlichen frei von Fehlern aufgrund von Randbedingungen (und Änderungen darin) und ebenso frei von Fehlern aufgrund von Empfindlichkeitsänderungen in der Strömungsleitung.
Zusätzlich zu der bevorzugten Ausführungsform, welche fünf Sensor- bzw. Aufnahmestellen entlang der Strömungsleitung und ein Verarbeiten der Bewegungsinformation unter Verwendung von Kurvenfit-Techniken verwendet, wird auch eine Ausführungsform beschrieben, welche zwei Aufnahmestellen entlang der Strömungsleitung und andere Signalverarbeitungstechniken verwendet. Für viele andere Ausführungsformen und Signalverarbeitungsverfahren wird davon ausgegangen, daß sie in den Rahmen der vorliegenden Erfindung derart fallen, daß wenigstens zwei Messungen entlang der Länge der Strömungsleitung durchgeführt werden, welche unterschiedliche Größen bzw. Ausmaße von Information für die Coriolis-Mode gegenüber der Grenzbedingungs-Mode aufweisen, und die Meßinformation dann in einer derartigen Weise bearbeitet wird, um diese zwei Parameter zu trennen. Die Coriolis-Mode-Information wird dann isoliert von Fehlern aufgrund von sich ändernden Grenz- bzw. Randbedingungen und ein mit dem Massenstrom bzw. -durchfluß in Beziehung stehendes Signal wird daraus erzeugt. Dieses Signal wird dann, falls notwendig, für jegliche Änderungen in der Empfindlichkeit der Strömungsleitung modifiziert und das Resultat ist ein genaues bzw. wahrhaftes, mit dem Massenstrom in Beziehung stehendes Signal im wesentlichen frei von Fehlern aufgrund von Randbedingungsänderungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Strömungsleitung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: (1) einer Leitung, in welcher das Fluid fließt bzw. strömt, (2) einer Leitung, außerhalb derer das Fluid strömt, (3) einer willkürlichen Oberfläche, über welche das Fluid strömt, und (4) einer einzelnen, geraden Leitung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vibriert der Zwangsantrieb die Strömungsleitung in einer Mode, welche gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: (1) einer Biegemode einer Vibration und (2) einer Radialmode einer Vibration.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Sensor gewählt aus der Gruppe, bestehend: (1) einem Dehnungsmeßstreifen bzw. -gerät, (2) einem Magnet/Spulenpaar, (3) einem Beschleunigungsmeßgerät, und (4) einer Vielzahl von Bewegungssensoren, welche entlang einer Länge der Strömungsleitung angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung die Größe der Coriolis-Mode-Komponente durch ein Verfahren, welches gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: (1) Kurvenfitten bzw. -anpassen einer gemessenen Form der resultierenden Bewegung, (2) Lösen von simultanen Gleichungen betreffend eine gemessene Form der resultierenden Bewegung, (3) Verwenden der resultierenden Bewegung an einem Zentrum der Strömungsleitung als eine Referenz, (4) Verwenden einer aufgebrachten Bewegung an einem Zentrum der Strömungsleitung als eine Referenz, (5) Verwenden von Information, welche die Coriolis-Mode-Komponente beschreibt, (6)Verwenden von Information, welche die Grenzbedingungs-Mode-Komponente beschreibt, (7)Verwenden von Information, welche eine Antriebs-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung beschreibt, (8) Finden einer Bestfit-Lösung für die Coriolis- Mode-Komponente, (9) Anwenden einer Funktion von "R" auf die Coriolis-Mode-Komponente, und (10) Lösen sowohl für die Coriolis-Mode-Komponente als auch die Grenzbedingungs-Mode- Komponente.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung weiters eine Empfindlichkeitskompensationsschaltung zum Einstellen des Ausgangssignals, um eine Empfindlichkeit der Vorrichtung auf die Massendurchflußrate des Fluids zu kompensieren. In einer noch bevorzugteren Ausführungsform umfaßt die Empfindlichkeitskompensationsschaltung Mittel bzw. Einrichtungen zum Kompensieren eines M'prop Signals durch eine Funktion von einer, welche gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: (1) Temperatur, (2) Druck, (3) Dichte, (4) Strömungsleitungsbeanspruchung, (5) Viskosität, (6) Wn und (7) Frequenzansprechen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung manipuliert bzw. handhabt die Signalverarbeitungsschaltung kalibrierbare Koeffizienten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Signalverarbeitungsschaltung eine Empfindlichkeitskompensationsschaltung, wobei die Empfindlichkeitskompensationsschaltung fähig ist, eine zu kompensieren, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus: (1) Temperatur, (2) Druck, (3) Dichte, (4) Strömungsleitungsbeanspruchung, (5) Viskosität, (6) Wn und (7) Frequenzansprechen.
Das Vorangehende hat eher breit bzw. allgemein die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung skizziert, so daß Fachleute besser die detaillierte, nachfolgende Beschreibung verstehen können. Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend beschrieben, welche den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden. Fachleute sollten erkennen bzw. schätzen, daß sie leicht die geoffenbarte Konzeption und spezielle Ausführung als eine Basis zum Entwickeln oder Modifizieren von anderen Strukturen verwenden können, um dieselben Zwecke der vorliegenden Erfindung ausführen zu können. Fachleute sollten auch realisieren, daß derartige äquivalente Konstruktionen nicht von dem Rahmen bzw. Umfang der Erfindung abweichen, wie sie beansprucht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile davon wird nun auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigeschlossenen Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Massendurchflußmessers bzw. -meßgeräts gemäß der bevorzugten Ausführungsform illustriert;
Fig. 2 den Zusammenhang der Peak- bzw. Spitzenamplitude, Phase und Belastung der Strömungsleitung aufgrund von Dm gemäß der bevorzugten Ausführungsform illustriert;
Fig. 3 den Zusammenhang der Peak- bzw. Spitzenamplitude, Phase und Belastung der Strömungsleitung aufgrund von Cm gemäß der bevorzugten Ausführungsform illustriert;
Fig. 4 den Zusammenhang der Peak- bzw. Spitzenamplitude, Phase und Belastung der Strömungsleitung gemäß der bevorzugten Ausführungsform aufgrund von BCm illustriert, wobei neide Enden der Strömungsleitung Grenz- bzw. Randbedingungseffekten einer gleichen oder entgegengesetzten Art unterliegen;
Fig. 5 Kurvenfit-Datenfunktionen illustriert, welche ein vorgeschriebene Cm-Komponente, eine vorgeschriebene Bm-Komponente, welche von Natur aus symmetrisch ist, und eine kombinierte, gemessene Funktion repräsentieren;
Fig. 6 ein Diagramm einer Signalverarbeitungsschaltung illustriert, welche in Zusammenhang bzw. in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform verwendbar ist;
Fig. 7 ein Diagramm einer Schaltung für eine Signalverarbeitung illustriert, welche in Verbindung mit einer Abwandlung bzw. Alternative zu der bevorzugten Ausführungsform verwendbar ist;
Fig. 8 Kurvenfit-Datenfunktionen illustriert, welche eine vorgeschriebene Cm-Komponente, eine vorgeschriebene BCm- Komponente, welche von Natur aus asymmetrisch ist, und eine kombinierte, gemessene Funktion repräsentieren; und
Fig. 9 ein Diagramm einer Signalverarbeitungsschaltung illustriert, welche in Verbindung mit einer Alternative zu der bevorzugten Ausführungsform verwendbar ist.

Detaillierte Beschreibung

Wiederum bezieht sich die vorliegende Erfindung primär auf Vorrichtungen und Verfahren zum Ermitteln und Signalverarbeiten für ein Coriolis-Typ-Massendurchflußmeßgerät und genauer für ein Unterscheiden zwischen Massenstrom- bzw. Massendurchflußeffekten und Grenz- bzw. Randbedingungseffekten, um ein Ausgabe- bzw. Ausgangssignal zu erzeugen, weiches im wesentlichen frei von Nullpunktverschiebungen aufgrund von Grenz- bzw. Randbedingungseffekten ist.
Dia folgenden Ausdrücke werden für Zwecke der vorliegenden Diskussion bzw. Beschreibung definiert:
Empfindlichkeit - Die Neigung des Verhältnisses bzw. Zusammenhangs des Ausgangssignalniveaus gegenüber der Massendurchflußrate eines Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts. Eine typische Einheit einer Messung ist Ausgangssignalniveau pro Einheitsmassendurchflußrate (beispielsweise mA/kg/min).
Null - Der Ausgabeschnittpunkt des Verhältnisses des Ausgabesignalniveaus gegenüber der Massendurchflußrate eines Coriolis-Massendurchflußmessers. Eine typische Einheit einer Messung ist das angezeigte Ausgangssignalniveau (beispielsweise mA), wenn die tatsächliche Fluß- bzw. Strömungsrate null ist.
Nullpunktverschiebung - Jegliche Änderung in dem angezeigten Ausgangssignalniveau des Meßgeräts, welche nicht durch eine Änderung in der Massendurchflußrate bewirkt ist.
Leitung oder Strömungsleitung - Die Vorrichtung, welche zwischen dem zu messenden Fluid und dem Sensor oder den Sensoren zwischengeschaltet ist, welche(r) eine Bewegung messen (mißt), üblicherweise eine Leitung oder ein Rohr, durch welche(s) oder um welche(s) bewirkt wird, daß ein Fluid fließt bzw. strömt, jedoch breit gesprochen beinhaltend jede willkürliche Oberfläche, über welcher, unter welcher oder durch welche ein Fluid fließt bzw. strömt.
Massendurchflußeffekte (Coriolis-Effekte) - Effekte an der Strömungsleitung aufgrund der Coriolis-Kräfte, welche wirken, um den Amplituden- und/oder Phasenzusammenhang der Bewegung bei einer vorgegebenen Stelle an der Strömungsleitung zu ändern.
Grenz- bzw. Randbedingungen (auch "BCs") - Die physikalischen Eigenschaften, welche dem Ende des aktiven Abschnitts bzw. Bereichs der Strömungsleitung zugeordnet sind, beinhaltend Eigenschaften, wie Steifigkeit, Masse und Dämpfung.
Grenz- bzw. Randbedingungseffekte - Effekte auf die Strömungsleitung aufgrund von Änderungen in den Randbedingungen in Kombination mit der angetriebenen Mode einer Vibration, beinhaltend Änderungen, wie beispielsweise Steifigkeit, Masse und Dämpfung. Typischerweise ändern diese Effekte den Amplituden- oder Phasenzusammenhang der angetriebenen Bewegung an einer vorgegebenen Stelle an der Strömungsleitung, welche als ein mit der Massendurchflußrate in Beziehung stehendes Signal unter Verwendung von traditionellen bzw. bekannten Signalverarbeitungstechniken interpretiert werden können.
Angetriebene Mode (auch "Dm") - Die Mode einer Vibration der Strömungsleitung, welche bewußt in erforderlichem Ausmaß erregt wird, um Coriolis-Kräfte zu bewirken.
Coriolis-Mode (auch "Cm") - Die Mode einer Vibration der Strömungsleitung, welche eine Antwort auf Coriolis-Kräfte ist.
Grenz- bzw. Randbedingungsmode (auch "BCm") - Die Mode einer Vibration der Strömungsleitung, welche eine Antwort auf die angetriebene Mode einer Vibration in Kombination mit Randbedingungseffekten ist.
Während die vorliegende Erfindung auf jegliche Art eines Coriolis-Flußmeßgeräts unter Verwendung von jeder beliebigen Form oder jedem Typ der Strömungsleitung anwendbar ist, wie beispielsweise ein Durchflußmeßgerät vom Dopplleitungs- Biegemode-Typ oder Einzelleitungs-Radialmode-Typ, wird eine einzelne, gerade Leitung, welche in der ersten Biegemode einer Vibration arbeitet, (in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform) illustriert und beschrieben wird.

Ausführungsform Nr. 1 (eine bevorzugte Ausführungsform)

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Fluß- bzw. Durchflußmeßgeräts gemäß der bevorzugten Ausführungsform. Der allgemeine Aufbau der bevorzugten Ausführungsform wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 6 beschrieben. Eine Strömungsleitung 1 ist dargestellt, daß sie eine einzelne, gerade, rohrförmige Leitung ist, welche aus einem starken bzw. festen, elastischen bzw. biegsamen Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl oder Titan, hergestellt ist. Die Strömungsleitung 1 ist fest an beiden Enden an einem Einlaßverteiler bzw. -rohranschluß 14 und einem Auslaßverteiler 15 mit Hilfe eines Schweißens oder Lötens bzw. Hartlötens festgelegt. Der Einlaß- und Auslaßverteiler 14, 15 wirkt, um den aktiven Abschnitt bzw. Bereich der Strömungsleitung 1 zu beenden und mit der Verrohrung des Benutzers (nicht gezeigt) und mit dem Träger bzw. der Klammer 10 und dem Gehäuse 11 zu verbinden. Der Träger 10 ist fest an beiden Verteilern bzw. Rohranschlüssen 14, 15 durch ein Schweißen oder Löten festgelegt und dient dazu, eine Verdrahtung und Zwangsantriebe 7, 8 zu halten. Zwangsantriebe 7, 8 sind illustriert, daß sie Magnet-Spulen-Paare sind, wobei deren Magnete fest an der Strömungsleitung 1 festgelegt sind und deren Spulen fest an dem Träger 10 festgelegt sind. Die Zwangsantriebe 7, 8 wirken bzw. arbeiten, um die angetriebene Mode einer Vibration der Strömungsleitung 1 zu erregen und aufrecht zu erhalten und um Referenz- bzw. Bezugserregungen für eine Sensititivitäts- bzw. Empfindlichkeitsbestimmung, wie nachfolgend erörtert, anzulegen bzw. aufzubringen.
Die Klammer bzw. der Träger 10 ist vorzugsweise so ausgebildet, um gemeinsam mit der Strömungsleitung 1 zu schwingen, um wenigstens einen teilweisen Zustand einer "Balance" bzw. eines "Gleichgewichts" zu erreichen, um die Energie zu minimieren, welche für ein Aufrechterhalten der Vibration in der angetriebenen Mode erforderlich ist. Die Resonanz des Trägers 10 ist nicht eine notwendige Bedingung; sie ist jedoch eine normalerweise akzeptierte Konstruktions- bzw. Designpraxis, um die für den Betrieb der Vorrichtung notwendige Leistung zu minimieren. Da der Träger 10 nicht durch Änderungen in den Fluidparametern beeinflußt wird, ist der darin erzielte Abgleichs- bzw. Gleichgewichtszustand nicht perfekt. Das verbleibende Ungleichgewicht, welches normalerweise Nullpunktsdrift- bzw. -verschiebungsprobleme bei sich ändernden Grenz- bzw. Randbedingungen bewirkt, ist in der vorliegenden Erfindung akzeptabel bzw. annehmbar.
Das Gehäuse 11 dient zum Schutz der Einheit bzw. Anordnung, wobei es sie in einem druckdichten Gehäuse umgibt, welches fähig ist, ein vorgeschriebenes Ausmaß eines Drucks oder Vakuums aufrecht zu erhalten. Vorzugsweise ist der ringförmige Raum innerhalb des Gehäuses 11 und außerhalb der Strömungsleitung 1 mit einem inerten Gas, wie beispielsweise Helium, gefüllt.
Ein Zufuhrdurchtritt 12 ist fest an dem Gehäuse 11 durch ein Schweißen oder Löten festgelegt und dient dazu, um Signale (elektrisch, optisch oder von anderer Art) zwischen den Sensorkomponenten und der elektronischen Verarbeitungsschaltung (welche zu beschreiben ist) zu übertragen.
Die Strömungsleitung 1 ist mit Bewegungssensoren 2 bis 6 ausgerüstet bzw. ausgestattet, welche eine gewisse Art eines Meßparameters detektieren, wie eine Verschiebung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Belastung oder Beanspruchung. In der bevorzugten Ausführungsform ist jeder der Sensoren 2 bis 6 von vier Dehnungsmeßstreifen gebildet, welche in Umfangsrichtung um die Strömungsleitung 1 angeordnet sind und in einer Brückenschaltungskonfiguration verbunden sind, um die Dehnung bzw. Belastung der Strömungsleitung an ihren entsprechenden Stellen 2a bis 6a zu messen.
Ein Einlaßsensor 2 ist nahe dem Einlaßende der Strömungsleitung 1 montiert bzw. angeordnet, um die Beanspruchung bzw. Belastung der Strömungsleitung 1 an ihrer Stelle bzw. Position 2a zu messen. Derart angeordnet, kann der Sensor 2 einen großen Anteil von Grenz- bzw. Randbedingungseffekten und einen kleineren Anteil an Coriolis-Effekten messen, welche dem Einlaßende der Strömungsleitung 1 zugeordnet sind. Ein Einlaßsensor 3 ist ein Stück entfernt zwischen dem Einlaßende der Strömungsleitung 1 und ihrem Zentrum montiert bzw. angeordnet, um die Belastung an seiner Stelle 3a zu messen. Derart montiert, kann der Sensor 3 einen großen Anteil an Coriolis-Mode-Effekten und einen geringeren Anteil an Grenz- bzw. Randbedingungseffekten messen. Ein zentraler Sensor 4 ist nahe dem Zentrum der Strömungsleitung 1 montiert, um die dieser Stelle bzw. Position 4a zugeordnete Belastung zu messen. Derart montiert, mißt der Sensor 4 einen großen Anteil der angetriebenen Mode einer Vibration und einen geringeren Anteil von Coriolis-Mode-Effekten und Randbedingungseffekten.
In ähnlicher Weise ist ein Auslaßsensor 5 ein Stück entfernt zwischen der zentralen Stelle 4a und dem Auslaßende der Strömungsleitung 1 angeordnet bzw. montiert, um die dieser Stelle 5a zugeordnete Belastung zu messen. Derart montiert, kann der Sensor 5 einen großen Anteil der Coriolis-Mode-Effekte und einen geringeren Anteil von Randbedingungseffekten messen. Ein Auslaßsensor 6 ist nahe dem Auslaßende der Strömungsleitung 1 montiert, um die dieser Stelle 6a zugeordnete Belastung zu messen. Derart montiert, kann der Sensor 6 einen großen Anteil der Grenzbedingungseffekte und einen kleineren Anteil von Coriolis-Effekten messen, welche dem Auslaßende der Strömungsleitung 1 zugeordnet sind.
In dieser Ausführungsform sind die Sensoren 2 bis 6 illustriert, daß sie vierbeinige Dehnungsmeßstreifen sind, welche in Brückenschaltungen an der bevorzugten Ausführungsform angeordnet sind, wobei jedoch alternative Ausführungsformen alternative Anzahlen von Dehnungsmeßstreifen verwenden können, welche in unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet sind. In ähnlicher Weise können Bewegungssensoren 2 bis 6 alternativ Geschwindigkeitssensoren, wie beispielsweise Magnete und Spulen, Beschleunigungsmeßgeräte oder Verschiebungssensoren sein. Es besteht ein Vorteil bei einer Verwendung von Dehnungsmeßstreifen, wie beschrieben, da de Träger 10 ausgebildet bzw. konstruiert ist, um gemeinsam mit der Strömungsleitung 1, obwohl bei nicht perfektem Ausgleich, zu schwingen. Sensoren, welche sich nicht auf die Bewegung des Trägers 10 beziehen, sind daher vorteilhaft, wie die beschriebenen Dehnungsmeßstreifen oder Beschleunigungsmeßgeräte oder Inertial- bzw. Trägheitsbezugssensoren jeglicher Art.
Ein Temperatursensor 9 ist in Verbindung bzw. in Zusammenhang mit der Strömungsleitung 1 montiert, um ihre Temperatur zu messen. In ähnlicher Weise ist ein Temperatursensor 16 gemeinsam mit dem Träger 10 montiert, um die Temperatur des Trägers und der Zwangsantriebe 7, 8 zu messen. Eine Schaltungskomponente 76 konditioniert bzw. bearbeitet Temperatursignale von den Temperatursignalen 9, 16 und gibt nachfolgend diese Information an eine Komponente 61 und an eine Komponente 71 weiter. Während in der bevorzugten Ausführungsform Temperatursensoren 9, 16 verwendet werden, sind sie nicht ein notwendiger Bestandteil der Erfindung und werden nur für die Annehmlichkeit einer Ausgabe für den Benutzer oder für Verbesserungen der Leistungen, wie beispielsweise eine Temperaturkompensation, verwendet, wie dies nachfolgend erläutert wird.
Die Ausführungsform der Fig. 1 ist derart angeordnet bzw. ausgebildet, um eine Massendurchflußrate 13 durch die Strömungsleitung 1 von dem Einlaßanschluß 14 zu dem Auslaßanschluß 15 zu leiten; es kann jedoch eine Massenströmungs- bzw. Massendurchflußrate 13 in jeder Richtung gemessen werden.
Die Arbeitsweise bzw. der Betrieb der bevorzugten Ausführungsform wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 6 beschrieben. Es wird bewirkt, daß die Strömungsleitung 1 in einer Biegemode erster Ordnung einer Vibration (Dm) durch Zwangsantriebe 7, 8 gemeinsam mit einer Antriebs- und Bezugserregungseinrichtung 72 vibriert. Wiederum sind die Zwangsantriebe 7, 8 illustriert, daß sie Magnet- und Spulenpaare sind, und werden durch im wesentlichen sinusförmige Erregungssignale von einer Antriebs- und Bezugserregungseinrichtung 72 in der geeigneten Phase und Amplitude entsprechend den Anforderungen erregt, um die angetriebene Mode einer Vibration bis zu einer vorbestimmten Amplitude zu erregen.
Fig. 2 zeigt die Verschiebungs-, Phasen- und Belastungsamplitudenverteilung entlang der Strömungsleitung 1, welche der soeben beschriebenen, angetriebenen Mode einer Vibration zugeordnet ist. Die Verschiebungskurve 21 zeigt die Spitzenverschiebungsamplitude als eine Funktion einer Leitungsposition entlang der Länge der Strömungsleitung 1. Die Phasenkurve 22 zeigt die Phasenverteilung entlang der Strömungsleitung 1, welche der Amplitudenkurve 21 zugeordnet ist, wo der Phasenwinkel sich auf die Phase der antreibenden bzw. Antriebskraft bezieht, welche durch die Zwangsantriebe 7 und 8 zugeführt bzw. zur Verfügung gestellt wird. Eine Überprüfung der Phasenkurve 22 deutet an, daß sich die gesamte Leitung im wesentlichen in einer 90º-Phasenbeziehung zu der Antriebskraft befindet, wobei dies eine Anzeige für einen Antrieb einer hoch-"Q"-resonanten Struktur bei ihrer natürlichen Resonanzfrequenz ist. Die Belastungskurve 23 zeigt die Belastungsverteilung (in der axialen Richtung) entlang der Strömungsleitung 1, welche der Amplitudenkurve 21 zugeordnet ist. Die Stellen bzw. Positionen 2a bis 6a (welche als vertikale, strichlierte Linien illustriert sind) der Sensoren 2 bis 6 sind auch in Fig. 2 dargestellt, um die relativen Werte einer Verschiebung, Phase und Belastung anzuzeigen, welche an ihren Stellen 2a bis 6a aufgenommen bzw. erfaßt werden können.
In ähnlicher Weise zeigt Fig. 3 die Verschiebungs-, Phasen- und Belastungsamplitudenverteilung entlang der Strömungsleitung 1, welche der Coriolis-Mode einer Vibration aufgrund einer vorgeschriebenen Menge einer Massendurchflußrate zugeordnet ist (aus Gründen der Klarheit ohne die angetriebene Mode einer Vibration gezeigt, welche normalerweise vorhanden und dieser überlagert ist). Die Verschiebungsamplitudenkurve 31 zeigt die Spitzenverschiebungsamplitude als eine Funktion einer Leitungsposition entlang der Strömungsleitung 1. Die Phasenkurve 32 zeigt die Phasenverteilung entlang der Strömungsleitung 1, welche der Verschiebungsamplitudenkurve 31 zugeordnet ist, wo sich der Phasenwinkel auf die Phase der Coriolis-Kraft-Verteilung, welche durch das sich bewegende Fluid zugeführt wird, in Kombination mit der angetriebenen Mode der Vibration bezieht. Eine Überprüfung der Phasenkurve 32 zeigt an, daß sich die gesamte Leitung im wesentlichen in einem 0º-Phasenzusammenhang mit der Coriolis-Kraft-Verteilung befindet, wobei dies einen Antrieb einer hoch-"Q"-resonanten Struktur bei einer Frequenz, geringer als ihre natürliche Resonanzfrequenz, andeutet. Die Phasenkurve 34 zeigt die Phasenverteilung, welche aus der Kombination der Coriolis-Verschiebungskurve 31 und ihrer Phasenzusammenhangskurve 32 mit der Antriebsmode-Verschiebungskurve 21 mit ihrer Phasenzusammenhangskurve 22 resultieren kann. Diese resultierende Phasenzusammenhangskurve 34 ist, was typischerweise mit traditionellen Signalverarbeitungsverfahren gemessen wird, welche Phasen- oder Zeitverzögerungs-Meßmethoden verwenden. Die Belastungskurve 33 zeigt die Belastungsverteilung (in der axialen Richtung) entlang der Strömungsleitung 1 bezogen auf die Verschiebungsamplitudenkurve 31. Die Stellen 2a bis 6a der Sensoren 2 bis 6 sind auch in Fig. 3 dargestellt, um die relativen Werte einer Verschiebung, Phase und Belastung anzuzeigen, welche an ihren Stellen 2a bis 6a erfaßt bzw. ermittelt werden können.
In ähnlicher Weise zeigt Fig. 4 die Verschiebungsamplituden-, Phasen- und Belastungsverteilung entlang der Strömungsleitung 1, welche einer Rand- bzw. Grenzbedingungsmode einer Vibration zugeordnet ist (aus Gründen der Klarheit ohne die angetriebene Mode einer Vibration gezeigt, welche normalerweise vorhanden und darauf überlagert ist). Die Verschiebungsamplitudenkurve 41 zeigt die Spitzenverschiebungsamplitude als eine Funktion einer Leitungsposition entlang der Länge der Strömungsleitung 1. Die Phasenkurve 42 zeigt die Phasenverteilung entlang der Strömungsleitung 1, welche der Verschiebungsamplitudenkurve 41 zugeordnet ist, wo der gezeigte 0º-Phasenzusammenhang sich auf die Phase der "Erregung" bezieht, welche durch die angetriebene Mode einer Vibration, geändert durch die Randbedingungen, zugeführt wird. Diese Erregungen leiten sich entweder von einer Translation und/oder einer Rotation (Schub und/oder Moment) von einem oder beiden Enden der Strömungsleitung ab. Die Phasenkurve 44 zeigt die Phasenverteilung, welche aus der Kombination einer Randbedingungs-Verschiebungskurve 41 und ihrer Phasenzusammenhangskurve 42 mit der Antriebsmode-Verschiebungskurve 21 mit ihrer Phasenzusammenhangskurve 22 resultieren kann. Diese resultierende Phasenzusammenhangskurve 44 wird typischerweise mit traditionellen Signalverarbeitungsmethoden gemessen, welche Phasen- oder Zeitverzögerungs-Meßmethoden verwenden.
Da die Grenz- bzw. Randbedingungen willkürlich durch den Endverbraucher geändert werden können, weist die Phasenkurve 44 keinen eingestellten bzw. gesetzten Zusammenhang mit der Phasenkurve 34 auf. Mit anderen Worten kann die Grenzbedingungsmode bei einer Amplitude und in einem Phasenzusammenhang auftreten oder nicht, welche(r) für das geeignete Ermitteln der Coriolis-Mode-Bewegung schädlich ist. Dies ist einer der fundamentalen Aspekt des Problems, welches durch die vorliegende Erfindung überwunden wird. Wenn sich die Randbedingungen ändern, kann sich die Größe der Kurve 41 ändern und es kann sich der Phasenzusammenhang zwischen den Kurven 44, 34 ändern, wodurch eine gemessene Bewegung an der Strömungsleitung (1) hervorgerufen wird, welcher irrtümlicherweise als eine Massendurchflußrate interpretiert werden kann.
Die Randbedingungen absorbieren als auch reflektieren Vibrationsenergie von der angetriebenen Mode einer Vibration zurück in das vibrierende Strömungsleitungssystem. Der Anteil der Vibration, welcher absorbiert wird, gegenüber demjenigen, welcher reflektiert wird, wird durch die Eigenschaften von Masse, Steifheit oder Dämpfung der Randbedingungen geregelt bzw. gesteuert. Wenn die Randbedingungen unendlich steif wären (genaugenommen eine theoretische Bedingung), werden 100% der Vibration in der angetriebenen Mode zurück in das Strömungsleitungssystem reflektiert. In diesem Fall wird die Bewegung der Strömungsleitung 1 ausschließlich durch die Bewegung der angetriebenen Mode und durch Coriolis-Effekte beherrscht, wobei dies die traditionelle bzw. übliche Annahme ist.
Da jedoch die Eigenschaften der Randbedingungen willkürlich geändert werden können, kann ein nicht vorhersagbarer Anteil der Vibration in der angetriebenen Mode durch die Ränder bzw. Grenzen geändert werden, wodurch eine Erregung an der Strömungsleitung 1 bewirkt wird, welche die Amplituden- und Phasenverteilung der Bewegung in der angetriebenen Mode ändert, wodurch eine Grenz- bzw. Randmode einer Vibration bewirkt wird, welche (unter Verwendung von traditionellen Signalverarbeitungstechniken) irrtümlicherweise als ein Massenstrom bzw. Massendurchfluß interpretiert werden kann. Diese Grenz- bzw. Randmode einer Vibration kann unter Verwendung von FEA- oder Modalanalysetechniken vorhergesagt werden, und die resultierende, relative Amplituden- und Phasenverteilung, welche dieser zugeordnet ist, kann charakterisiert werden. Ein Beispiel der Resultate dieser Art einer Analyse ist in den Kurven 41 bis 44 in Fig. 4 gezeigt.
Für das Beispiel der Fig. 4 ist die Randbedingung "Erregung", welche für die beispielhafte Analyse verwendet wird, diejenige von gleichen Erregungskräften auf die Enden der Strömungsleitung 1 bei der Frequenz der angetriebenen Mode. Dies repräsentiert eine unübliche, jedoch eine der schlimmsten Arten von Randbedingungen, da die Strömungsleitung 1 in einer Weise sehr nahe, jedoch nicht genau ähnlich derjenigen zu den Coriolis-Kräften selbst erregt wird. Dies ist verständlich, da die Randbedingungseffekte durch die angetriebene Mode in Kombination mit den Randbedingungen bewirkt werden und als eine Translations- und/oder Rotations- (Scher- bzw. Schub- und/oder Moment-)bewegung charakterisiert werden kann, welche auf die Enden der Strömungsleitung 1 aufgebracht wird, während Coriolis-Kräfte ihren Ursprung als eine verteilte Kraft über die gesamte Strömungsleitung 1 aufweisen, wodurch sich ein quantifizierbarer und meßbarer Unterschied zwischen den zwei ergibt.
Die Belastungskurve 43 zeigt die Belastungverteilung (in der axialen Richtung) entlang der Strömungsleitung 1 zugeordnet zu der Verschiebungsamplitudenkurve 41 von der Randbedingungsmode. Die Positionen 2a bis 6a der Sensoren 2 bis 6 sind auch in Fig. 4 gezeigt, um die relativen Werte einer Verschiebung, Phase und Belastung anzuzeigen, welche an ihren Stellen ermittelt bzw. erfaßt werden können.
Dieses Beispiel einer gleichen Randbedingungserregung wird als "worst case Szenario" gegeben, um die Effektivität bzw. Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung zu zeigen. In der Praxis werden Grenz- bzw. Randbedingungen selten genau in dieser Weise, jedoch eher in einer asymmetrischen Weise auftreten, wobei üblicherweise ein größerer Effekt von einer Randbedingung der Strömungsleitung 1 als von der anderen auftritt. Eine alternative bzw. abgewandelte Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben, welche eine asymmetrische Grenzbedingungsmode bedingt, welche im wesentlichen unter Verwendung weniger Bewegungssensoren entlang der Länge der Strömungsleitung 1 korrigiert werden kann. Es sollte festgehalten werden, daß die hier gegebenen Verschiebungs-, Phasen- und Belastungsverteilungskurven beispielhaft sind und sich beträchtlich in Abhängigkeit von dem Design bzw. der Konstruktion der Strömungsleitung 1 ändern können, da Länge, Durchmesser, Dicke, Material, Krümmung (nicht gerades Leitungsdesign), Gesamtmassen und angetriebene Mode einer Vibration (beispielsweise Biege-, Torsions- oder Radialmode zweiter oder dritter Ordnung), alles Faktoren bei der Bestimmung dieser Kurven sind, und viele Variationen sind betrachtet bzw. angenommen und möglich.
Ein Vergleich von sich auf die Coriolis-Mode beziehende Kurven 31 bis 34 mit den Randmodekurven 41 bis 44 zeigt, daß sie ähnlich, jedoch nicht vollständig gleich sind. Der Unterschied zwischen diesen Kurven erlaubt der vorliegenden Erfindung, zwischen Signalen, welche sich auf einen tatsächlichen Massenstrom bzw. Massendurchfluß beziehen, und Fehlersignalen, welche sich auf Änderungen der Randbedingungen beziehen, zu unterscheiden.
Beispielsweise verwenden traditionelle Coriolis-Typ-Flußmeßgeräte normalerweise zwei Sensoren, um die Bewegung (üblicherweise die Geschwindigkeit) an Positionen ein wenig entfernt zwischen den Leitungsenden und ihrem Zentrum (wie beispielsweise den Positionen 3a, 5a der Sensoren 3, 5 an der bevorzugten Ausführungsform) zu messen. Normalerweise wird die Amplitudendifferenz oder Phasendifferenz oder Zeitverzögerungsdifferenz dann zwischen diesen beiden Positionen gemessen und von diesem einen Meßwert wird angenommen, daß er eine Massendurchflußrate anzeigt. Eine Überprüfung der Fig. 3 und 4 zeigt an, daß die Verwendung dieser traditionellen Methode einen endlichen Unterschiedswert in jedem Fall (Schnitte der Stellen 3a, 5a mit den Kurven der Fig. 3 und Fig. 4) erzeugt, wobei jedoch der Verwender nicht wissen kann, ob diese Anzeige eine tatsächliche Massendurchflußrate (wie in dem Fall der Fig. 3) oder ein verschobener Nullwert aufgrund von Randbedingungseffekten (wie in dem Fall der Fig. 4) ist. Daher ist ein zweites Stück Information (Messung) erforderlich, um das Problem zu lösen, da wenigstens zwei Unbekannte in dem traditionell gemessenen Signal (beispielsweise Massendurchflußeffekte und Randbedingungseffekte) existieren.
In der bevorzugten Ausführungsform kommt die zweite Messung von den zusätzlichen Sensoren 2, 6, welche näher zu ihren entsprechenden Enden der Strömungsleitung 1 als die Sensoren 3, 5 sind und welche daher einen unterschiedlichen Anteil der Belastung, welche mit Grenzbedingungseffekten in Verbindung steht, gegenüber der Belastung mißt, welche mit Massendurchflußeffekten in Verbindung steht bzw. sich auf diese bezieht. Eine Überprüfung der Fig. 4 zeigt an, daß die Verschiebung, Phase und Belastung, welche den Positionen 2a, 6a der Sensoren 2, 6 zugeordnet ist, signifikant bzw. deutlich unterschiedliche Werte relativ zu den Stellen 3a, 5a der Sensoren 3, 5 im Vergleich zu denjenigen der Fig. 3 aufweisen. Daher enthalten Messungen, welche mit den Sensoren 2, 6 aufgenommen werden, unterschiedliche Anteile der zwei Unbekannten (Coriolis-Mode-Signal gegenüber Randbedingungs-Mode-Signal) als bei Messungen der Fall ist, welche mit den Sensoren 3, 5 aufgenommen werden. Diese Messungen können als ein System von zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten betrachtet werden, welche durch eine Vielzahl von hier beschriebenen Verfahren gelöst werden können.
Aus Gründen der Klarheit kann der Ausdruck "Messung" hier eine differentiale Messung wie in der Phasen- oder Zeitverzögerungs- oder Amplitudendifferenz zwischen zwei Bewegungssensoren beinhalten. Zusätzlich kann eine Messung einen einzelnen Wert beinhalten, welcher bei einem Sensor aufgenommen ist. Jede dieser Messungen resultiert in einem einzigen Wert und gemäß der vorliegenden Erfindung sind wenigstens zwei derartige Messungen erforderlich, um zwischen der Coriolis-Mode-Komponente und der Rand-Mode-Komponente zu unterscheiden.
Eine Überprüfung der Belastungskurve 33 zeigt, daß die gemessenen Belastungswerte, welche durch die Sensoren 2, 6 an ihren entsprechenden Stellen 2a, 6a aufgenommen werden, nahezu null sind. Dieser zufällige Umstand kann verwendet werden, um die Genauigkeit der Resultate zu maximieren, da die Signale von den Sensoren 2, 6 im wesentlichen nur Antriebs-Mode-Information und Randbedingungs-Mode-Information und sehr wenig, falls überhaupt, Coriolis-Mode-Information enthalten. Eine Überprüfung der Belastungskurve 43 zeigt, daß die durch die Sensoren 2, 6 an ihren Stellen 2a, 6a ermittelten bzw. aufgenommenen Werte nahezu das Doppelte des Werts der Belastung sind, welcher durch die Sensoren 3, 5 bei den Stellen 3a, 5a aufgenommen wird. Diese Unterschiede erlauben dann die Bildung der unabhängigen Gleichungen, um sie nach den Unbekannten (beispielsweise Coriolis-Effekt gegenüber Randbedingungseffekt) zu lösen.
Fig. 5 zeigt drei mathematische Funktionen (Kurven), welche eine Belastungsamplitudenverteilung entlang der Strömungsleitung 1 unter der Bedingung einer endlichen Menge einer Massendurchflußrate (Kurve 33 analog zu derjenigen der Fig. 3) und einer endlichen Menge an Randbedingungseffekten (Kurve 43 analog zu derjenigen der Fig. 4) beschreibt. Die Funktionskurve 51 ist daher eine mathematische Funktion, welche die tatsächliche, gemessene Belastungsverteilung entlang der Strömungsleitung 1 (falls jeder Punkt entlang der Länge gemessen wird) unter dem Umstand einer Kombination sowohl von Coriolis-Effekten als auch Randbedingungseffekten (die Kombination der Kurven 33, 43) repräsentiert. Die tatsächlichen, gemessenen Daten der Kurve 51 enthalten daher zwei Arten von Information (Coriolis-Effekte und Randbedingungseffekte), welche eine Trennung erfordern. Gemessene Werte 54 bis 58 repräsentieren daher die tatsächlichen, erhaltenen Bewegungsdaten von der Strömungsleitung. 1, welche diese zwei Arten von Information enthalten. Es ist aus der Kurve 51 augenscheinlich bzw. ersichtlich, daß eine höhere Anzahl von Meßstellen bzw. -positionen entlang der Strömungsleitung 1 die Genauigkeit der definierten Kurve 51 erhöht und daher in einer höheren Genauigkeit der resultierenden Kurvenfits bzw. -anpassungen für die Kurven 33, 43 resultiert.
Fig. 6 zeigt ein funktionelles Diagramm einer Signalverarbeitungsschaltung, welche im Zusammenhang mit der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann. Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Sensoren 2 bis 6 Dehnungsmeßstreifen, welche in Vierfuß-Brückenschaltungen angeordnet sind, welche durch Komponenten 62 bis 66 jeweils konditioniert sind bzw. betrieben werden. Die Ausgangs- bzw. Ausgabesignale der Komponenten 62 bis 66 werden in digitale Werte durch eine Wandlerkomponente 61 umgewandelt. Es ist oft vorteilhaft, die von der Strömungsleitung 1 genommenen Messungen auf die Bewegung an einer bestimmten Stelle zu beziehen, welche am wenigsten durch andere Störungen, wie beispielsweise Coriolis-Effekte oder Grenzbedingungseffekte, beeinflußt ist. In der bevorzugten Ausführungsform, in welcher die angetriebene Mode einer Vibration eine Biegemode erster Ordnung ist, ist die zentrale Stelle 4a des Sensors 4 die beste Stelle für einen Bezugspunkt. Daher wird die Bewegungsinformation von den Sensoren 2, 3, 4, 5, 6 synchron in einer Schaltungskomponente 68 unter Verwendung der Bewegung des Sensors 4 als eine Referenz demoduliert. Die Bewegung des Sensors 4 wird an eine Komponente 67 übertragen, welche diese Bewegung in ein Bezugssignal (oder eine Vielzahl von Bezugssignalen) für den Synchrondemodulator 68 umwandelt. Die exakte Art einer Transformation wird von der Art der verwendeten Bewegungssensoren und dem gewünschten Phasenzusammenhang des Bezugssignals abhängen. Durch Auswahl einer 90º-Phasentransformation für ein Bezugssignal in der Komponente 67 wird die Synchron-Demodulatorkomponente 68 Belastungsamplitudenwerte entnehmen bzw. extrahieren, welche sowohl Coriolis-Effekt-Information als auch Randbedingungseffekt-Information enthalten, jedoch im wesentlichen frei von Antriebsmode-Information sind. Dies eliminiert die Antriebsmode-Variable aus Gleichung (1), wodurch der nächste Schritt eines Kurvenfittens bzw. -anpassens erleichtert wird. Der Synchron-Demodulator 68 verwendet vorzugsweise eine Vielzahl von Demodulatoren, wobei ein zweiter davon dann die Antriebsmode-Information von den Signalen der Sensoren 2 bis 6 unter Verwendung eines zweiten Bezugssignals der Komponente 67 demoduliert, welche ausgewählt ist, um die Antriebsmode-Information zu maximieren. Diese Antriebsmode-Information Dm 77 wird dann als Feedback bzw. Rückkopplung zu der Antriebs- und Bezugs-Erregungskomponente 72 verwendet.
Die Löseeinrichtung 70 führt die Funktion eines Kurvenfittens bzw. -anpassens der Daten und dadurch eines Lösens für irgendeine oder alle der Größe von (a) Antriebsmode-Komponente, (b) Coriolis-Mode-Komponente und (c) Randbedingungsmode-Komponente durch. Für dieses Beispiel werden Belastungsamplitudendaten während eines Vibrationszyklus der Strömungsleitung 1 genommen, welche in den Werten 54 bis 58 in Fig. 5 resultieren, welche den Positionen 2a bis 6a der Bewegungssensoren 2 bis 6 an der Strömungsleitung 1 entsprechen. Der Wert 54 repräsentiert eine skalierte Version des Belastungswerts, welcher beim Bewegungssensor 2 detektiert wird. Der Wert 55 repräsentiert eine skalierte Version des Belastungswerts, welcher beim Bewegungssensor 3 detektiert wird. Der Wert 56 repräsentiert eine skalierte Version des Belastungswerts, welcher beim Bewegungssensor 4 detektiert wird, und da diese Position die Bezugsposition ist, wird ihr Wert als null angenommen, auf welchen die anderen Werte rückbezogen sind, obwohl er alternativ ein reeller Wert sein kann. Der Wert 57 repräsentiert eine skalierte Version des Belastungswerts, welcher beim Bewegungssensor 5 detektiert wird. Der Wert 58 repräsentiert eine skalierte Version des Belastungswerts, welcher beim Bewegungssensor 6 detektiert wird. Zusätzliche Sensoren an zusätzlichen Stellen (nicht gezeigt) entlang der Strömungsleitung 1 quantifizieren zusätzliche Punkte entlang der Kurve 51 und definieren sie daher genauer, wobei dies in einer höheren Genauigkeit in den Resultaten resultiert.
Mit diesen fünf bestimmten (und graphisch in Fig. 5 gezeigten) Werten (54 bis 58) fittet die Löseeinrichtung 70 die Daten an die angenommenen Funktionskurven der Gleichung (1). Da die Information für die angetriebene Mode vorzugsweise von diesen für die Coriolis-Mode-Bestimmung zu verwendenden Signale durch ein gleichzeitiges Demodulieren bei dem geeigneten Phasenzusammenhang eliminiert wird, kann Gleichung (1) damit auf eine einfachere Version (welche unten als Gleichung (2) gegeben ist) reduziert werden, welche weder die Antriebsmode-Information noch die Zeit umfaßt bzw. aufweist, da die Zeit durch den Vibrationszyklus und den Synchrondemodulationsbezug bestimmt wird.
F(x) = Cm(x) + BCm(x) (2)
worin:
F(x) die Amplitude der gemessenen Bewegung an der Position (x) ist;
Cm(x) die Amplitude der Bewegung an der Position (x) aufgrund von Cm ist; und
BCm(x) die Amplitude der Bewegung an der Position (x) aufgrund von BCm ist.
In ähnlicher Weise kann die Antriebsmode-Information durch ein synchrones bzw. gleichzeitiges Demodulieren der Bewegungsinformation bei dem geeigneten Phasenzusammenhang isoliert werden, wodurch Gleichung (1) auf eine einfachere Version ähnlich zu Gleichung (2) reduziert wird, welche nur die Antriebsmode-Information Dm enthält.
Viele Kurvenfit- bzw. Kurvenanpaßverfahren sind bekannt und gut dokumentiert und für eine Verwendung verfügbar, um die Größe von einer oder mehreren charakterisierten Komponenten (beispielsweise die Cm-Komponente in Gleichung (2) oben) zu bestimmen, welche in einem Datensatz vorhanden sein kann. Diese Methoden bzw. Verfahren beinhalten gleichzeitige Lösungen von nicht-linearen Gleichungen, Kurvenfitroutinen und eine Anwendung von bestimmten Algorithmen auf die Daten, um die Coriolis-Mode-Komponente von der Randbedingungskomponente oder anderen Fehlerkomponenten, wie hier nachfolgend beschrieben, zu trennen.
Die höchste Genauigkeit kann durch ein genaues Charakterisieren der Kurven von allen der möglichen Komponenten, welche in den Daten auftreten können, erhalten werden (beispielsweise die Coriolis-Mode-Komponente, die Antriebsmode- Komponente, die Grenzbedingungsmode-Komponente und jegliche andere bekannte Komponente). Wenn alle möglichen Komponenten bekannt und charakterisiert sind, können numerische Lösungen genau die relative Größen von jeder Komponente bestimmen, welche in einem gegebenen Datensatz vorhanden sein kann. Daher ist in der bevorzugten Ausführungsform dies das verwendete Verfahren und alle bekannten Komponenten sind charakterisiert und werden der Löseeinrichtung für ein Lösen eingegeben.
Anstelle einer Charakterisierung von allen der möglichen Komponenten kann als ein Minimum die Coriolis-Mode-Komponente charakterisiert werden und einer Kurvenfitroutine für eine Bestimmung eines "best fit" der Coriolis-Mode-Form an einem gegebenen Datensatz unterworfen werden. Die Annäherung des Fits an die Daten kann daraus üblicherweise in der Form der "Wurzel der mittleren, quadratischen Abweichung" oder des "R-Werts" bestimmt werden, wie dies üblicherweise in der Kurvenfit-Terminologie verwendet wird. Dieser R-Wert kann auch als ein Kompensationswert für den Coriolis-Mode- Komponentenwert verwendet werden, da er die Größe der Abweichung der Daten von der angenommenen, charakteristischen Form der Coriolis-Mode-Form repräsentiert. Die Verwendung des R-Werts ist jedoch nicht das bevorzugte Verfahren, da sowohl ein zufälliges Rauschen in den Daten als auch die Randbedingungsmode in den Daten den R-Wert ändern kann. Durch eine genaue Charakterisierung von allen der angenommenen bzw. erwarteten Komponenten unterscheidet die numerische Lösung genau zwischen den ähnlichen Formen der Coriolis-Mode-Komponente und der Randbedingungsmodekomponente.
Daher ist das bevorzugte Verfahren dasjenige eines Kurvenfittens der Daten an die angenommenen, charakteristischen Daten, um (als ein Minimum) die Größe der Coriolis-Mode- Komponente zu bestimmen. Das bevorzugte Verfahren eines Kurvenfittens umfaßt bzw. bedingt die Verwendung des Gauss- Newton-Verfahrens, wie dies in "C-Curve fitting and Modeling For Scientists And Engineers" durch Dr. Jens Georg Reich, McGraw Hill, ISBN 0-07-051761-4, beschrieben ist. Dieses Verfahren beinhaltet die Verwendung der angenommenen, involvierten, charakteristischen Kurven, wobei dies in dem Fall der bevorzugten Ausführungsform die allgemeine Form der Funktionen Cm(x) und BCm(x) oben in Gleichung (2) ist. Diese Funktionen sind die mathematischen Darstellungen der erwarteten Coriolis-Mode-Bewegung und der Randbedingungsmodebewegung, wie die Kurven in den Fig. 3 und 4. Wenn Dehnungsmeßstreifen als Bewegungssensoren (wie in dem Fall der bevorzugten Ausführungsform) verwendet werden, dann werden mathematische Darstellungen der Belastungskurven 33, 43 für die angenommenen Funktionen verwendet.
Als ein Beispiel können die Belastungskurven 23, 33, 43 genau an Polynome dritter Ordnung der folgenden Form angepaßt werden:
Cm(x) = M'prop * (c1 + c2*x + c3*x² + c4*x³) (3)
BCm(x) = BC_error + (c5 + c6*x + c7*x² + c8*x³) (4)
Dm(x) = Dm * (c9 + c10*x + c11*x² + c12*x³) (5)
worin:
M'prop die Amplitude der Cm-Komponente (proportional zum Massendurchfluß) ist;
BC_error die Amplitude der BCm-Komponente ist (Fehlersignal);
Dm die Amplitude der Dm-Komponente ist; und
c1 bis c12 Koeffizienten sind, welche die Form von jeder Kurve bestimmen.
Im Hinblick auf die Form der angenommenen, charakteristischen Kurven der Gleichungen (3), (4) und (5) können. Polynome unterschiedlicher Ordnung als auch andere Arten von Funktionen verwendet werden, wie beispielsweise jene, welche Exponenten trignonometrischer Parameter (wie beispielsweise Sinus, Cosinus oder Tangens) oder andere involvieren bzw. bedingen. Die speziellen, verwendeten Funktionen, um die angenommenen, charakteristischen Kurven der Gleichungen (3), (4) und (5) zu beschreiben, können durch den Konstrukteur bestimmt werden.
Alternativ werden, wenn Verschiebungsamplituden-Meßmethoden anstelle von Belastungsmessungen verwendet werden, dann die Verschiebungsamplitudenkurven 21, 31, 41 für die angenommenen Funktionen in den Kurvenfitroutinen verwendet.
Diese angenommenen bzw. erwarteten, charakteristischen Belastungskurven (23, 33, 43, welche durch die Gleichungen (3), (4) und (5) oben repräsentiert werden) werden durch Analyse, Experiment oder beides bestimmt und nachfolgend in der Schaltungskomponente 69 der Fig. 6 für eine Verwendung durch die Löseeinrichtung 70 gespeichert. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Antriebsmodekomponente aus dem für die Coriolis-Komponentenbestimmung verwendeten Daten für eine Vereinfachung entfernt, wobei dies jedoch nicht notwendig ist, da die Antriebsmodekurve 23 auch charakterisiert (Gleichung (5) oben) und in der Komponente 69 gespeichert und somit für diese gelöst werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Lösen für die Antriebsmodekomponente getrennt durch ein gleichzeitiges bzw. synchrones Demodulieren der Leitungsbewegung mit einem Bezug in der Komponente 68 durchgeführt, welche im wesentlichen Coriolis- und Randbedingungsmoden, wie beispielsweise die Bewegung des Sensors 4, eliminiert. Diese Bestimmung der Antriebsmodekomponente kann daher parallel oder alternativ zu der Bestimmung der Coriolis-Mode-Komponente durchgeführt werden. In der bevorzugten Ausführungsform werden diese parallel durchgeführt.
Im Hinblick auf eine Lösung für die Coriolis-Mode-Komponente verwendet dann die Löseeinrichtung 70 die angenommenen, charakteristischen Kurven 33, 43, welche durch die Gleichungen (3) und (4) oben repräsentiert sind (gemeinsam mit ihren ersten und zweiten Ableitungen, wie dies durch das Gauss-Newton-Verfahren für ein Kurvenfitten gefordert wird), und löst durch ein Anwenden der obengenannten Kurvenfitroutine für die Größe der angenommenen, charakteristischen Kurven, welche in dem Datensatz vorhanden sein können, wodurch getrennt die Größen der Coriolis-Mode-Komponente und der Randbedingungsmodekomponente bestimmt werden, welche in dem Datensatz vorhanden sind. Die Größe der Coriolis-Mode-Komponente (M'prop), wie sie durch die Komponente 70 gelöst wird, repräsentiert daher einen Wert (M'prop 73) proportional zu der Massendurchflußrate des Fluids in dem Meßgerät zu diesem Zeitpunkt. Dieses Signal M'prop 73 ist daher proportional zu der Massendurchflußrate und im wesentlichen frei von Fehlern aufgrund von Randbedingungsänderungen. Zur selben Zeit kann die Größe der Randbedingungsmode für ein Ergeben eines BC_error 75 Signals proportional zu der Größe der Randbedingungsmodekomponente gelöst werden, welche auch durch den Endverbraucher verwendet werden kann.
Fig. 5 repräsentiert graphisch die drei Kurven, welche in diesem Beispiel verwendet werden, nämlich (a) die Kurve der aktuell bzw. tatsächlich gemessenen Daten, welche durch die Kurve 51 repräsentiert wird, und die zwei Komponenten der gemessenen Daten, welche (b) die Coriolis-Mode-Kurve, welche durch die Kurve 33 repräsentiert wird, deren Größe in Komponente 70 gelöst wird, welche das Ausgangs- bzw. Ausgabesignal M'prop 73 ergibt, und (c) die Grenzbedingungsmodekurve sind, welche durch die Kurve 43 repräsentiert ist, deren Größe in der Komponente 70 gelöst wird, welche das Ausgangs- bzw. Ausgabesignal BC_error 75 ergibt.
Die Antriebsmodeinformation ist auch für ein Feedback bzw. eine Rückkopplung für die Antriebs- und Bezugs-Erregerkomponente 72 verwendbar bzw. nützlich und es wird daher die Antriebsmodekomponente 77 synchron unter Verwendung eines zweiten Bezugs von der Komponente 67 bei einem Phasenzusammenhang demoduliert, welcher ausgewählt wird, um die Antriebsmodeinformation zu maximieren. Der Synchrondemodulator 68 beinhaltet vorzugsweise mehrfache bzw. mehrere Demodulatoren im Inneren zu diesem Zweck oder kann abwechselnd die Demodulationsaktivität multiplexen. Die demodulierte Antriebskomponente wird dann an die Löseeinrichtung 70 geliefert, welche sie für den Antriebsmodekomponentenwert Dm 77 getrennt von anderen Komponenten lösen kann, wobei jedoch im allgemeinen der Antriebsmodekomponentenwert so groß im Vergleich zu den Coriolis-Mode- oder Randbedingungsmodekomponenten ist, daß dieser Schritt nicht immer notwendig ist und der demodulierte Wert von der Komponente 68 direkt verwendet werden kann.
In Abhängigkeit von dem Design bzw. der Konstruktion der Strömungsleitung und der Art der zu messenden Bewegung kann sich die Empfindlichkeit bzw. Sensitivität der Strömungsleitung aufgrund von Fluid- und Umgebungsparametern, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Dichte, Viskosität und Strömungsbeanspruchung ändern. Daher kann es notwendig sein, das M'prop 73 Signal für jegliche Änderungen in diesem Empfindlichkeitswert zu kompensieren.
Das M'prop 73 Signal kann dann weiter, falls erforderlich, in der Komponente 71 für jegliche Änderungen in der Empfindlichkeit der Strömungsleitung kompensiert werden. Verschiedene, direkte Methoden können für diesen Zweck verwendet werden, beinhaltend eine direkte Kompensation für die Temperatur der Strömungsleitung, die Beanspruchung auf die Strömungsleitung, den Druck, die Dichte oder die Viskosität des Fluids in der Strömungsleitung. Auch können die Kompensationsverfahren, welche im US-Patent Nr. 5,497,665, erteilt an Cage et al., beschrieben sind, verwendet werden, wobei das M'prop 73 Signal durch ein Signal proportional zu der Frequenz der angetriebenen Mode zur n-ten Potenz eingestellt wird, wobei n jede beliebige Zahl oder ganze Zahl ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zur Sensitivitäts- bzw. Empfindlichkeitskompensation durch das Verfahren in der US-Patentanmeldung Serial Nr. 08/569,967 für Cage et al. beschrieben, in welcher eine Bezugserregung auf die Strömungsleitung von der Komponente 72 im Zusammenhang mit Zwangsantrieben 7, 8 ausgeübt bzw. angewandt wird und die Antwort auf diese Erregung in der Komponente 71 demoduliert wird, wobei dies in einem Frequenzantwortwert der Strömungsleitung resultiert, welche die Sensitivität der Strömungsleitung in diesem Moment anzeigt. Dieser Antwortwert wird dann verwendet, um das M'prop 73 Signal zu verwenden, welches in einem M'true 74 Signal resultiert, welches für eine Massendurchflußrate repräsentativ ist, welche vollständig für die Empfindlichkeit und für Fehler aufgrund von Randbedingungsänderungen kompensiert ist.
Wie vorher erwähnt, können höhere Genauigkeiten durch ein Hinzufügen von mehreren Messungen entlang der Strömungsleitung erzielt werden, welche unterschiedliche anteilige bzw. proportionale Ausmaße der Unbekannten aufweisen, welche zu lösen sind (beispielsweise Massendurchflußeffekte und Randbedingungseffekte). Dies fügt mehr Definition zu der Kurve 51 der Fig. 5 hinzu, wobei dies in einem genaueren Kurvenfitten resultiert. Weiters können höhere Genauigkeiten durch ein Lösen nach den Unbekannten für die Eingangs- bzw. Einlaßhälften der Strömungsleitung getrennt von der Ausgangs- bzw. Auslaßhälfte erhalten werden. Dieses abgewandelte bzw. alternative Verfahren kann die Komplexität der angenommenen, charakteristischen Kurven der Gleichungen (3) und (4) in zwei getrennte Kurven geringerer Komplexität reduzieren. Jede Hälfte der Bewegung der Strömungsleitung wird dann unabhängig gelöst und die resultierenden Corio- lis-Mode-Komponenten für jede Hälfte werden nachfolgend miteinander kombiniert.
In ähnlicher Weise können eine höhere Ordnung oder spezifischere, angenommene Funktionen zur Charakterisierung der Kurven 33, 43 (Gleichungen (3) und (4)) verwendet werden, um die Genauigkeit zu erhöhen, wie beispielsweise Polynome höherer Ordnung oder Funktionen, welche trigonometrische Funktionen oder Exponentialfunktionen anstelle von Polynomen bedingen bzw. beinhalten. Die exakte Funktion, welche für ein mathematisches Beschreiben der Coriolis-Mode oder der Randbedingungsmode (und ihrer Ableitungen) verwendet wird, werden von der Konstruktion der Strömungsleitung 1 abhängen, da Parameter, wie beispielsweise die Länge, Durchmesser, Wanddicke oder Materialzusammensetzung alle zu den resultierenden Formen der charakteristischen Kurven beitragen.
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde nun im Hinblick auf Vorrichtungen und Verfahren beschrieben, um die mit einer Massendurchflußrate in bezug stehende Komponente getrennt von der Randbedingungskomponente aus der an einer Strömungsleitung gemessenen Bewegungsinformation zu bestimmen.

Ausführungsform Nr. 2

Als eine Alternative zu der bevorzugten Ausführungsform, wo fünf Sensorstellen verwendet werden, kann einiges der Funktionalität der bevorzugten Ausführungsform (obwohl bei reduzierter Genauigkeit) mit zwei Sensorstellen erreicht bzw. erhalten werden. Unter Verwendung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 für dieses Beispiel können alle Teile dieselben mit der Ausnahme bleiben, daß nur zwei der Bewegungssensoren verwendet werden. Daher zeigt Fig. 7 ein funktionelles Signalverarbeitungsdiagramm für diese zweite Ausführungsform, wo nur die Sensoren 3, 5 der Fig. 1 verwendet werden. In diesem Beispiel werden dieselben Komponenten wie diejenigen der Fig. 6 auf dieselbe Weise verwendet, wobei jedoch nur zwei der Sensorsignale involviert sind. Fig. 8 zeigt mathematische Funktionskurven 81, 82, 33. Die Kurve 81 repräsentiert die Kurve der mathematischen Funktion der tatsächlichen bzw. aktuellen, gemessenen Daten (falls jeder Punkt entlang der Kurve gemessen werden kann). Mit nur zwei aktiven Sensoren (Sensoren 3, 5) sind die tatsächlich gemessenen Datenpunkte 83, 85 auf der Kurve 81. Der mittlere bzw. zentrale Punkt 84 kann mit einer beträchtlichen Genauigkeit durch Berechnung bestimmt werden, indem die zwei Sensorsignale 3, 5 gemeinsam addiert werden, so daß die Antriebsmodekomponente vergrößert wird und die Coriolis-Mode-Komponente minimiert wird (Summieren der Bewegung in derselben Richtung). Diese Summe wird dann als eine Referenz verwendet, wenn ihr Wert (oder eine phasenverschobene Version davon) null wird, wie dies durch Punkt 84 repräsentiert wird. Daher ist der Datenpunkt 84 ein berechneter Punkt, basierend auf den tatsächlich bzw. aktuell gemessenen Punkten, wobei er mit ausreichender Genauigkeit unter vielen Umständen verwendet werden kann. Es ist besser, tatsächlich die Bewegung an der zentralen bzw. mittleren Position 4a zu messen, anstatt die Daten durch Berechnung abzuleiten. Diese zweite, hier beschriebene Ausführungsform ist jedoch hier eine vereinfachte Version (und somit weniger kostspielig) der bevorzugten Ausführungsform auf Kosten einer reduzierten Genauigkeit beschrieben.
Die Kurve 82 repräsentiert die Belastung entlang der Strömungsleitung 1 aufgrund einer asymmetrischen Randbedingungsmode, beispielsweise wenn die Randbedingung an dem Auslaßende der Strömungsleitung 1 sehr starr ist und die Randbedingung an dem Einlaßende weniger starr wird. Unter diesem Umstand ist die mit der Randbedingungsmode in Verbindung stehende Belastung durch Kurve 82 repräsentiert und zeigt höhere Belastungswerte an dem Einlaßende als an dem Auslaßende. Diese asymmetrische Randbedingungsmode kann von der Coriolis-Mode-Komponente unter Verwendung dieser zweiten Ausführungsform getrennt werden, während eine symmetrische Randbedingungsmode (wie in dem Beispiel der ersten Ausführungsform) nicht so gut unter Verwendung dieser vereinfachten Ausführungsform unterschieden und getrennt wird.
Die Coriolis-Mode-Kurve 33 wird wiederum in Fig. 8 repräsentiert bzw. dargestellt, um den Belastungseffekt einer vorgeschriebenen Menge einer Massendurchflußrate durch die Strömungsleitung 1 zu zeigen, und der kombinierte Effekt wird durch Kurve 81 repräsentiert bzw. dargestellt, welche die Summe der Coriolis-Mode-Kurve 33 und der Rand- bzw. Grenzbedingungsmode 82 ist. Wie in dem Fall der bevorzugten Ausführungsform muß die Größe der Coriolis-Mode-Komponente (Kurve 33) aus den aktuellen bzw. tatsächlichen Daten bestimmt werden, welche auch Fehler aufgrund der Randbedingungsmode 82 enthalten. Derselbe fundamentale Vorgang wird wie folgt durchgeführt.
Die Form der Coriolis-Kurve 33 und der Randmodekurve 82 (und der Antriebsmodekurve 21, welche in Fig. 5 nicht gezeigt ist) wird durch FEA, Experiment oder eine Kombination der zwei bestimmt und mathematische Darstellungen davon sind in der Schaltungs- bzw. Schaltkreiskomponente 69 gespeichert (gemeinsam mit ihren ersten und zweiten Ableitungen, wie dies durch das Gauss-Newton-Verfahren eines Kurvenfittens gefordert wird, wie dies früher beschrieben wurde). Vorzugsweise ist jede Hälfte (Einlaß und Auslaß) der Strömungsleitung 1 getrennt charakterisiert und die zwei Hälften werden getrennt gefittet. Diese mathematischen Repräsentationen bzw. Darstellungen können in der Form der Gleichungen (3) und (4) oder ihrer Äquivalente oder Alternativen sein. Die Schaltungskomponente 70 verwendet dann die Information betreffend die angenommenen Formen der Coriolis-Mode-Form und der Randbedingungsmodeform, wie sie in der Schaltungskomponente 69 gespeichert sind, und unter Verwendung des Gauss-Newton-Verfahrens des Kurvenfittens finden sie den "best fit" der gemessenen Datenpunkte 83, 84, 85 und löst dadurch für die relative Größe der Coriolis-Mode-Komponente M'prop 73, welche einen Wert proportional zu einer Massendurchflußrate repräsentiert. Bei einem getrennten Lösen für jede Hälfte der Strömungsleitung 1 wird die Kurvenfitroutine auf die Eingangs- bzw. Einlaßhälfte unter Verwendung der Datenpunkte 83, 84 und dann auf die Ausgangs- bzw. Auslaßhälfte unter Verwendung der Datenpunkte 84, 85 angewandt, worauf die zwei Lösungen kombiniert werden. Die Größe der Randbedingungsmodekomponente kann auch in der Komponente 70 gelöst werden, wobei die Größe der Randbedingungsmode BC_error 75 repräsentiert wird, welche nützliche bzw. verwendbare Information betreffend die Bedingungen der Ränder bzw. Grenzen sein kann.
Wie bei der bevorzugten Ausführungsform sollte auch eine Lösung für die Antriebsmodeinformation ihres Werts Dm 77 gesucht werden, welcher für eine Rückkopplung der Antriebs- und Bezugs-Erregungskomponente 72 verwendet werden. Ohne eine Messung an der zentralen Position 4a wird die Antriebsmodeinformation durch Addieren der Bewegung derselben Richtung von den Sensoren 3 und 4 und der Resultierenden bestimmt, welche für die Antriebsmodeinformation verwendet wird.
Das Massenströmungs- bzw. Massendurchflußsignal M'prop 73 muß gegebenenfalls weiter für jegliche Empfindlichkeitsänderungen in der Strömungsleitung korrigiert werden und es erhält daher die Schaltungskomponente 71 das M'prop Signal 73 und modifiziert dieses, falls notwendig, um jegliche derartige Empfindlichkeitsänderungen zu berücksichtigen. Die Verfahren, welche für eine Bestimmung und Kompensation für Empfindlichkeitsänderungen verwendet werden, sind wie für die bevorzugte Ausführungsform beschrieben, wo das Frequenzansprechen der Strömungsleitung durch die Verwendung von Bezugserregungen an der Strömungsleitung von der Komponente 72 bestimmt wird. Die Komponente 71, welche gemeinsam mit der Komponente 72 arbeitet, bestimmt dadurch das Ansprechen auf das Aufbringen bzw. Anwenden von Bezugserregungen und der Antwort- bzw. Ansprechwert wird verwendet, um das M'prop Signal 73 zu vergrößern und daraus ein abschließendes M'true Ausgangs- bzw. Ausgabesignal 74 zu erzeugen, welches eine Anzeige für die wahre bzw. tatsächliche Massendurchflußrate im wesentlichen frei von jeglichen Fehlern aufgrund von entweder Randbedingungsfehlern oder Fehlern im Zusammenhang mit der Empfindlichkeit ist.
Alternative Mittel bzw. Einrichtungen für eine Empfindlichkeitskompensation beinhalten eine direkte Kompensation für Temperatur, Druck, Dichte, Viskosität oder Belastung oder eine Anwendung von Algorithmen, welche die Antriebsmodefrequenz zur "n-ten" Potenz bedingen, worin "n" jede beliebige Zahl oder ganze Zahl, entweder positiv oder negativ ist.

Ausführungsform Nr. 3

Fig. 9 zeigt eine funktionelle Signalverarbeitungsschaltung, welche alternativ als eine Vereinfachung der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann. Der mechanische Abschnitt bzw. Bereich des Sensors in Fig. 1 kann ohne Änderung verwendet werden und das Signalverarbeitungsverfahren gemäß Fig. 9, welches damit verwendet wird.
Die grundlegende Idee einer Aufnahme von mehreren Bewegungsmessung entlang des aktiven Bereichs der Strömungsleitung 1 wird wiederum verwendet, und die Funktionalität einer Trennung der Coriolis-Mode-Komponente von der Randbedingungsmodekomponente ist in Schaltkreiskombinationskomponenten 91, 92 für die Einlaß- bzw. Auslaßhälfte der Strömungsleitung 1 enthalten. In dieser Ausführungsform sind die Form der Coriolis-Mode- und der Randbedingungsmodekurven und der Zusammenhang, um diese zwei zu trennen, alle in den Schaltkreiskombinationskomponenten 91, 92 enthalten. Daher wendet anstelle eines Speicherns von charakteristischen Kurven, welche die Coriolis-Mode und die Randbedingungsmode repräsentieren, in einer digitalen Version zur Lösung durch eine Mikroprozessortyp-Löseeinrichtung (Komponente 70 der Fig. 7), diese dritte Ausführungsform die Funktionalität einer Trennung dieser zwei Komponenten voneinander in einer analogen Weise unter Verwendung der Komponenten 91, 92 an.
Beispielsweise erhält die Komponente 91 skalierte Versionen der Bewegungen bei den Sensoren 2, 3, welche beide unterschiedliche Anteile einer Coriolis-Mode-Komponente oder Randbedingungsmodekomponente enthalten. Komponente 91 kombiniert diese Signale mathematisch gemäß dem angenommenen Zusammenhang zwischen der Randbedingungsmode und der Coriolis-Mode-Komponente. Diese Kombination kann sein, was immer erforderlich ist, um die Randbedingungsmodekomponente von der Coriolis-Mode-Komponente zu trennen, wie beispielsweise eine skalierte Subtraktion der Bewegung an der Stelle 2a von der Bewegung an der Stelle 3a.
In ähnlicher Weise werden für die Auslaßhälfte der Strömungsleitung 1 skalierte Versionen der Signale von den Sensoren 5, 6 in ähnlicher Weise in der Kombinationskomponente 92 kombiniert, welche dann diese Signale mathematisch gemäß dem angenommenen Zusammenhang zwischen den Komponenten der Randbedingungsmode und der Coriolis-Mode kombiniert. Diese kombinierten Signale 91a, 92a werden dann der Synchrondemoduliereinrichtung 93 übertragen, welche ein Bezugssignal von der Komponente 95 verwendet, welches von dem Signal vom Sensor 4 an der zentralen Stelle 4a abgeleitet ist. Die Demodulationseinrichtung 93 bestimmt dann die Größe der kombinierten Signale 91a, 92a, welche gemeinsam genommen einen Wert proportional zu der Masssendurchflußrate im wesentlichen frei von Fehlern aufgrund der Randbedingungsmoden (M'prop 96) repräsentieren. Eine Empfindlichkeitskompensationskomponente 94 modifiziert dann (falls erforderlich) das M'prop-Signal 96 für jegliche Änderungen in der Sensitivität bzw. Empfindlichkeit der Vorrichtung aufgrund der obengenannten Parameter von Druck, Dichte, Viskosität, Belastung und Temperatur. Die Komponente 94 (Teil der Ausgangs- bzw. Ausgabeschaltung für die Vorrichtung) erzeugt dann ein abschließendes Ausgangssignal M'true 97, welches im wesentlichen frei von Fehlern sowohl aufgrund von Randbedingungsmoden als auch Empfindlichkeitsänderungen ist. Es sollte festgehalten werden, daß für Zwecke der vorliegenden Erfindung in ihrer weitesten Form das Ausgangssignal M'true 97 nicht für Fehler aufgrund der Empfindlichkeit, sondern nur für Fehler aufgrund von Randbedingungen kompensiert werden muß.
Die Mittel bzw. Einrichtungen zur Bestimmung der Empfindlichkeit der Antriebsmode und der Bezugserregung wurde von der Schaltung der Fig. 9 aus Gründen der Klarheit weggelassen, wobei diese Funktionalitäten jedoch normalerweise für diese Zwecke vorhanden sind, wie sie dies in den Schaltungen der Fig. 6 und 7 sind.

Lösung für zusätzliche Fehler

Der primäre Fokus bzw. das primäre Interesse der vorliegenden Erfindung, wie sie hier beschrieben ist, war die Lösung für die Größe der Coriolis-Mode-Komponente getrennt von den Fehlern aufgrund von Randmodekomponenten. Es wird angenommen bzw. erwartet, daß andere Effekte auf die Strömungsleitung zusätzliche Fehler aufgrund von Formen bewirken können, welche, wenn der Coriolis-Mode-Form überlagert, Fehler in dem gemessenen Massendurchflußsignal bewirken. Das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung kann daher erweitert werden, um diese zusätzlichen Effekte auf die Strömungsleitung zu umfassen, welche dann zusätzlich von der Coriolis-Mode-Komponente getrennt werden können.
Das allgemeine Konzept für diese Erweiterung auf andere Effekte ist ähnlich zu demjenigen, welches auf die Randbedingungsmode angewandt wird, dahingehend, daß (für die höchste Genauigkeit) der zusätzliche Effekt gemäß seiner angenommenen Kurvenform charaktrisiert wird, wobei diese Kurvenform (gemeinsam mit ihren ersten und zweiten Ableitungen, wie dies durch einige Kurvenfitverfahren gefordert wird) durch eine Kurvenfitroutine verwendet wird, welche fähig ist, den "best fit" der tatsächlich gemessenen Daten an die angenommenen Kurvenformen zu finden und dadurch die relative Größe von jeder beitragenden Komponente zu bestimmen.
Ein Beispiel dieser Erweiterung der vorliegenden Erfindung beinhaltet Effekte auf die Strömungsleitung aufgrund von akustischen Wellen, welche sich durch das Fluid fortpflanzen, welche merkbare Effekte auf die Strömungsleitung ergeben können.

Kalibrierung und Modifizierung von charakteristischen Kurven

Die Leistung dieser drei Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung können von einem Kalibrierverfahren der endgültigen Konfiguration der Vorrichtung profitieren. Eine Beschreibung dieses Verfahrens ist daher für den Nutzen des Konstrukteurs beinhaltet.
Unter Verwendung des Beispiels der bevorzugten Ausführungsform ist diese Vorrichtung gemäß Anspruch 1 konstruiert und einer Signalverarbeitungsschaltung wie in Fig. 6 zugeordnet. Normalerweise wurden die angenommenen, charakteristischen Kurven der Randbedingungsmode BCm und der Coriolis-Mode Cm, welche in der Komponente 69 gespeichert sind, durch FEA-Verfahren bestimmt.
Bei einem anfänglichen Starten der Vorrichtung (unter einer Nullflußsituation und perfekt starren Randbedingungen) wird die Löseeinrichtung 70 die Größe der Coriolis-Mode-Komponente 73 und der Randbedingungsmodekomponente 75 wie oben beschrieben bestimmen. Da jegliche reale Vorrichtung die Perfektion aus dem FEA-Modell nicht erreichen wird, kann ein endlicher Wert für beide dieser Komponenten berechnet werden. Da eine Nullströmung in der Vorrichtung vorliegt, repräsentiert die berechnete Coriolis-Mode-Komponente einen Fehler in der Berechnung, welcher unter Umständen auf einer nicht korrekten Charakterisierung der angenommenen Funktionskurve basiert. Dies kann durch Modifizieren der Kurven, falls erforderlich, korrigiert werden, um einen Nullausgabewert für die Coriolis-Mode-Komponente 73 zu erzeugen. Koeffizienten 5 bis 8 der Gleichung (4) oben können daher entsprechend den Anforderungen für diesen Zweck modifiziert werden, bis ein Nullwert für die Coriolis-Mode-Komponente erhalten wird.
In ähnlicher Weise sollte durch ein Ändern der Randbedingungen von vollkommen bzw. perfekt starr auf einige andere Randbedingungen die Coriolis-Mode-Komponente bei einem Wert null verbleiben und die Randbedingungsmodekomponente sollte sich entsprechend ändern. Wiederum deutet jegliche Abweichung von diesem Resultat an, daß die Randbedingungsmode ungeeignet bzw. nicht korrekt charakterisiert ist und daher einer Modifikation bedarf. Die Koeffizienten 1 bis 4 der Gleichung (3) können daher entsprechend den Anforderungen für diesen Zweck modifiziert werden, bis ein Nullwert für die Coriolis-Mode-Komponente mit sich ändernder Randbedingung erzielt wird.
Alternative Kalibriervorgänge werden ins Auge gefaßt, um die charakteristischen Gleichungen, falls erforderlich, zu modifizieren, um ein sich nicht änderndes M'prop 73 Signal bei Änderungen in den Randbedingungen zur Verfügung zu stellen.
Während die beschriebene Erfindung stark die Nullstabilität eines Coriolis-Massendurchflußmeßgeräts unter sich änderenden Randbedingungen verbessern kann, können einige sekundäre Effekte existieren, welche die abschließende Genauigkeit beeinflussen bzw. beeinträchtigen können, welche erzielt werden kann. Während die Effekte von Druck, Temperatur oder Belastung stark die Empfindlichkeit der Vorrichtung, wie oben beschrieben, beeinflussen können, können sie auch einen geringeren Effekt auf die Form der charakteristischen Kurven der Coriolis-Mode und der Randbedingungsmode insbesondere aufgrund von "Endverzerrungen" des Endes der Strömungsleitung 1 aufweisen. Diese Endverzerrungen beinhalten eine lokalisierte Belastung und Verzerrung nahe dem Ende der Strömungsleitung 1 beispielsweise aufgrund von Temperatur, Druck oder Belastung. Je länger die Strömungsleitung 1 im Vergleich zu diesen Verzerrungen ist, umso weniger werden sie die Genauigkeit der Implementierung der vorliegenden Erfindung beeinflussen. Da diese Endverzerrungen geringfügig die angenommenen, charakteristischen Kurven (Gleichungen (3) und (4)) modifizieren können, wird angenommen, daß die Koeffizienten dieser Gleichungen (3) und (4) (Koeffizienten 1 bis 8) in situ unter Verwendung von Kompensationswerten, basierend beispielsweise auf Temperatur, Belastung, Druck, Dichte oder Viskosität, modifiziert werden können.
Während dies zur Komplexität des Systems beiträgt, kann es dadurch die abschließende Genauigkeit der Resultate verbessern, welche aus der vorliegenden Erfindung erzielt bzw. erhalten werden. Fig. 6 beinhaltet daher eine Kompensationskomponente 78, welche durch die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um die Information betreffend die charakteristische Kurve (Koeffizienten 1 bis 8 der Gleichungen (3) und (4)) als eine Funktion von Fluid oder von Umgebungsparametern, wie beispielsweise Druck, Dichte, Beanspruchung, Viskosität oder Temperatur zu modifizieren.
Beispielsweise kann, wenn festgestellt bzw. bestimmt wird, daß die Berechnung der Coriolis-Mode-Komponente im wesentlichen unabhängig von Änderungen in den Grenzbedingungen ist (das Ziel der vorliegenden Erfindung), jedoch mit einem Anstieg von 6,9 MPa (1000 psi) Fluiddruck die Coriolis- Mode-Komponente eine kleine endliche Verschiebung mit Randbedingungsänderungen zeigte, diese Situation durch ein Modifizieren der charakteristischen Kurven, welche in der Komponente 69 gespeichert sind, als eine Funktion des Drucks über die Komponente 78 gelöst werden. In ähnlicher Weise können die charakteristischen Kurven, welche in der. Komponente 69 gespeichert sind, als eine Funktion von beispielsweise Temperatur oder Beanspruchung modifiziert werden.
Aus der obigen Beschreibung ist augenscheinlich, daß die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Messen einer Massendurchflußrate eines Fluids zur Verfügung stellt, welches relativ zu einer Strömungsleitung fließt bzw. strömt, beinhaltend: (1) einen Zwangsantrieb zum Vibrieren der Strömungsleitung, (2) einen Sensor zum Messen einer resultierenden Bewegung der Strömungsleitung und zum Erzeugen eines aufgenommenen bzw. ermittelten Bewegungssignals, welches dafür anzeigend ist, wobei die resultierende Bewegung eine Coriolis-Mode-Komponente und eine Randbedingungsmodekomponente enthält, (3) eine Signalverarbeitungsschaltung, welche mit dem Sensor gekoppelt ist, um das aufgenommene Bewegungssignal davon zu erhalten, zum Bestimmen einer Größe der Coriolis-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung, und (4) eine Ausgabeschaltung zum Erzeugen eines Ausgangs- bzw. Ausgabesignals, welches proportional zu der Massendurchflußrate ist, wobei das Ausgangssignal im wesentlichen frei von einem Einfluß der Randbedingungsmodekomponente des aufgenommenen Bewegungssignals ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, sollten die Fachleute verstehen, daß sie verschiedene Änderungen, Substitutionen und Abänderungen daran durchführen können, ohne den Geist und den Umfang der Erfindung in ihrer weitesten Form zu verlassen.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen einer Massendurchflußrate bzw. -geschwindigkeit eines Fluids, welches relativ zu einer Fluß- bzw. Strömungsleitung (1) fließt, umfassend:

einen Zwangsantrieb (7, 8) zum Vibrieren der Strömungsleitung;

einen Sensor (2-6) zum Messen einer resultierenden Bewegung der Strömungsleitung und zum Erzeugen eines aufgenommenen bzw. ermittelten Bewegungssignals, welches dafür indikativ bzw. anzeigend ist;

eine Signalbearbeitungsschaltung (61-77), welche mit dem Sensor gekoppelt ist, um das aufgenommene Bewegungssignal davon zu erhalten, um eine Größe einer Coriolis-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung zu bestimmen; und

eine Ausgangs- bzw. Ausgabeschaltung zum Erzeugen eines Ausgabe- bzw. Ausgangssignals, welches zu der Massendurchflußrate proportional ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

die resultierende Bewegung die Coriolis-Mode-Komponente und eine Grenzbedingungs-Mode-Komponente enthält, welche aus einem Moment bzw. Impuls und Scherkräften, welche auf die Strömungsleitung wirken, abgeleitet ist, und die Ausgabeschaltung weiters angeordnet bzw. ausgebildet ist, um das Ausgangssignal derart zu erzeugen, daß es im wesentlichen frei von einem Einfluß von der Grenzbedingungs-Mode-Komponente des aufgenommenen Bewegungssignals ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Strömungsleitung (1) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

einer Leitung, in welcher das Fluid fließt bzw. strömt,

einer Leitung, außerhalb derer das Fluid strömt,

einer willkürlichen Oberfläche, über welche das Fluid strömt, und

einer einzelnen, geraden Leitung.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der Zwangsantrieb (7-8) die Strömungsleitung in einer Mode vibriert, welche gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

einer Biegemode einer Vibration und

einer Radialmode einer Vibration.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Sensor (2-6) gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

einem Dehnungsmeßstreifen bzw. -gerät,

einem Magnet/Spulenpaar,

einem Beschleunigungsmeßgerät, und

einer Vielzahl von Bewegungssensoren, welche entlang einer Länge der Strömungsleitung angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Signalverarbeitungsschaltung (61-77) die Größe der Coriolis-Mode-Komponente durch ein Verfahren bestimmt, welches gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

Kurvenfitten bzw. -anpassen einer gemessenen Form der resultierenden Bewegung, Lösen von simultanen Gleichungen betreffend eine gemessene Form der resultierenden Bewegung,

Verwenden der resultierenden Bewegung an einem Zentrum der Strömungsleitung als eine Referenz,

Verwenden einer aufgebrachten Bewegung an einem Zentrum der Strömungsleitung als eine Referenz,

Verwenden von Information, welche die Coriolis-Mode-Komponente beschreibt,

Verwenden von Information, welche die Grenzbedingungs-Mode-Komponente beschreibt,

Verwenden von Information, welche eine Antriebs-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung beschreibt,

Finden einer Bestfit-Lösung für die Coriolis-Mode-Komponente,

Anwenden einer Funktion von "R" auf die Coriolis-Mode-Komponente, und Lösen sowohl für die Coriolis-Mode-Komponente als auch die Grenzbedingungs- Mode-Komponente.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiters umfassend eine Empfindlichkeitskompensationsschaltung (94) zum Einstellen des Ausgangssignals, um eine Empfindlichkeit der Vorrichtung auf die Massendurchflußrate des Fluids zu kompensieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Empfindlichkeitskompensationsschaltung (94) Mittel bzw. Einrichtungen zum Kompensieren eines M'prop Signals (73) durch eine Funktion von einer umfaßt, welche gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

Temperatur,

Druck,

Dichte,

Strömungsleitungsbeanspruchung,

Viskosität,

Wn Und

Frequenzansprechen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Signalverarbeitungsschaltung (61-77) kalibrierbare Koeffizienten manipuliert bzw. handhabt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Signalverarbeitungsschaltung (61-77) eine Empfindlichkeitskompensationsschaltung (94) enthält, wobei die Empfindlichkeitskompensationsschaltung (94) fähig ist, eine zu kompensieren, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus:

Temperatur,

Druck,

Dichte,

Strömungsleitungsbeanspruchung,

Viskosität,

Wn und

Frequenzansprechen.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Sensor umfaßt:

einen ersten Bewegungssensor (2) zum Messen einer resultierenden Bewegung der Strömungsleitung an einer ersten Stelle entlang einer Länge der Strömungsleitung, wobei die resultierende Bewegung eine Komponente proportional sowohl zu einer Coriolis-Mode als auch zu einer Grenzbedingungs-Mode aufweist; und

einen zweiten Bewegungssensor (3) zum Messen der resultierenden Bewegung an einer zweiten Stelle entlang der Länge der Strömungsleitung, wobei die resultierende Bewegung eine Komponente proportional zu der Coriolis-Mode, eine Komponente proportional zu der Grenzbedingungs-Mode und eine Komponente proportional sowohl zu der Coriolis-Mode als auch der Grenzbedingungs-Mode aufweist;

wobei die Signalverarbeitungsschaltung (94) mit dem ersten und zweiten Bewegungssensor (2, 3) gekoppelt ist, um erfasste bzw. aufgenommene Bewegungssignale davon zu erhalten, um eine Größe der Coriolis-Mode- Komponente der resultierenden Bewegung zu bestimmen.

11. Verfahren zur Messung einer Massendurchflußrate bzw. -geschwindigkeit eines Fluids, welches relativ zu einer Fluß- bzw. Strömungsleitung (1) strömt bzw. fließt, umfassend die Schritte:

Vibrieren der Strömungsleitung (1) mit einem Zwangsantrieb (7, 8);

Messen einer resultierenden Bewegung der Strömungsleitung mit einem Sensor (2- 6), wobei der Sensor (2-6) ein empfangenes bzw. aufgenommenes Bewegungssignal erzeugt, welches dafür indikativ bzw. anzeigend ist;

Bestimmen einer Größe einer Coriolis-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung aus dem aufgenommenen Bewegungssignal; und

Erzeugen eines Ausgabe- bzw. Ausgangssignals proportional zu der Massendurchflußrate;

dadurch gekennzeichnet, daß

die resultierende Bewegung die Coriolis-Mode-Komponente und eine Grenzbedingungs-Mode-Komponente enthält, welche aus einem Moment und Scherkräften abgeleitet wird, welche auf die Strömungsleitung wirken, und das Ausgangssignal im wesentlichen frei von einem Einfluß von der Grenzbedingungs-Mode-Komponente des aufgenommenen Bewegungssignals ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, worin die Strömungsleitung (1) ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

einer Leitung, in welcher das Fluid fließt bzw. strömt,

einer Leitung, außerhalb derer das Fluid strömt,

einer willkürlichen Oberfläche, über welche das Fluid strömt, und

einer einzelnen, geraden Leitung.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, worin der Zwangsantrieb (7, 8) die Strömungsleitung in einer Mode vibriert, welche gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

einer Biegemode einer Vibration und

einer Radialmode einer Vibration.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, worin der Sensor (2-6) gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

einem Dehnungsmeßstreifen bzw. -gerät,

einem Magnet/Spulenpaar,

einem Beschleunigungsmeßgerät, und

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin der Schritt eines Bestimmens den Schritt eines Bestimmens der Größe der Coriolis-Mode- Komponente durch ein Verfahren umfaßt, welches gewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus:

Kurvenfitten bzw. -anpassen einer gemessenen Form der resultierenden Bewegung,

Lösen von simultanen Gleichungen betreffend eine gemessene Form der resultierenden Bewegung,

Verwenden einer aufgebrachten bzw. implizierten Bewegung an einem Zentrum der Strömungsleitung als eine Referenz,

Verwenden von Information, welche die Coriolis-Mode-Komponente beschreibt,

Finden einer Bestfit-Lösung für die Coriolis-Mode-Komponente,

Anwenden einer Funktion von "R" auf die Coriolis-Mode-Komponente, und

Lösen sowohl für die Coriolis-Mode-Komponente als auch die Grenzbedingungs- Mode-Komponente.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, weiters umfassend den Schritt eines Einstellens des Ausgangssignals, um eine Empfindlichkeit der Strömungsleitung auf die Massendurchflußrate des Fluids zu kompensieren.

17. Verfahren nach Anspruch 16, weiters umfassend den Schritt einer Kompensation eines M'prop Signals (73) durch eine Funktion von einer, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus:

Temperatur,

Druck,

Dichte,

Strömungsleitungsbeanspruchung,

Viskosität,

Wn und

Frequenzansprechen.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, worin der Schritt der Bestimmung den Sehritt einer Manipulation bzw. Handhabung von kalibrierbaren Koeffizienten umfaßt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, weiters umfassend den Schritt einer Kompensation für eines, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus:

Temperatur,

Druck,

Dichte,

Strömungsleitungsbeanspruchung,

Viskosität,

Wn und

Frequenzansprechen.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, worin der Meßschritt umfaßt:

Messen der Bewegung der Strömungsleitung (1) an einer ersten Stelle entlang einer Länge der Strömungsleitung (1) mit einem ersten Bewegungssensor (2), wobei die Bewegung eine Komponente proportional sowohl zu einer Coriolis-Mode als auch zu einer Grenzbedingungs-Mode aufweist; und

Messen der resultierenden Bewegung an einer zweiten Stelle entlang der Länge der Strömungsleitung mit einem zweiten Bewegungssensor (3), wobei die Bewegung eine Komponente proportional zu der Coriolis-Mode, eine Komponente proportional zu der Grenzbedingungs-Mode und eine Komponente proportional sowohl zu der Coriolis-Mode als auch der Grenzbedingungs-Mode aufweist;

und worin der Bestimmungsschritt umfaßt:

Bestimmen einer Größe der Coriolis-Mode-Komponente der resultierenden Bewegung aus den aufgenommenen Bewegungssignalen, welche von dem ersten und zweiten Bewegungssensor (2, 3) erhalten werden.