DE69723706T2 - Verfahren und vorrichtung zur druckmessung in einem nach dem coriolisprinzip arbeitenden massendurchflussmesser - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur druckmessung in einem nach dem coriolisprinzip arbeitenden massendurchflussmesser Download PDF

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Description

  • Sachgebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Druckmessung in Verbindung mit Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessern, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ableiten von Materialdruckinformationen in Abhängigkeit von dem Betrieb des Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers und zum Ableiten von Präzisions-Massendurchfluss-Informationen in Abhängigkeit von dem Betrieb des Durchflussmessers.
  • Problem
  • Es ist bekannt, Coriolis-Effekt-Massendurchflussmesser zu verwenden, um den Massendurchfluss und andere Informationen für Materialien, die durch einen Kanal fließen, zu messen. Solche Durchflussmesser sind in den US-Patenten Nr.'n 4,109,524 vom 29. August 1978, 4,491,025 vom 01. Januar 1985 und der Re. 31,450 vom 11. Februar 1982, alle für J. E. Smith et al, offenbart. Diese Durchflussmesser besitzen eine oder mehrere Durchflussröhre(n) mit einer geraden oder gekrümmten Konfiguration. Jede Durchflussröhren-Konfiguration in einem Coriolis-Massendurchflussmesser besitzt einen Satz von natürlichen Schwingungstypen, die von einem einfachen Biege-, Torsions- oder gekoppelten Typ sein können. Jede Durchflussröhre wird so angetrieben, um bei einer Resonanz in einem dieser natürlichen Typen zu oszillieren. Materialströmungen in den Durchflussmesser hinein von einem verbundenen Kanal an der Einlassseite des Durchflussmessers aus werden durch das Durchflussrohr oder die Röhren gerichtet und verlassen den Durchflussmesser über die Auslassseite. Die natürlichen Schwingungstypen des mit schwingendem Material gefüllten Systems werden teilweise durch die kombinierte Masse der Durchflussröhren und des Materials, das innerhalb der Durchflussröhren fließt, definiert.
  • Wenn dabei kein Durchfluss durch den Durchflussmesser vorhanden ist, oszillieren alle Punkte entlang der Durchflussröhre mit einer identischen Phase aufgrund einer angelegten Treiberkraft. Wenn das Material damit beginnt, zu fließen, bewirken Coriolis-Beschleunigungen, dass jeder Punkt entlang der Durchflussröhre eine unterschiedliche Phase besitzt. Die Phase an der Einlassseite der Durchflussröhre läuft dem Treiber bzw. der Treibereinrichtung hinterher, während die Phase an der Auslassseite dem Treiber bzw. der Treibereinrichtung vorausgeht. Sensoren sind an der Durchflussröhre platziert, um sinusförmige Signale zu erzeugen, die für die Bewegung der Durchflussröhre repräsentativ sind. Die Phasendifferenz zwischen zwei Sensorsignalen ist proportional zu der Massendurchflussrate des Materials durch die Durchflussröhre.
  • Ein Faktor bei dieser Messung, der sie kompliziert macht, ist derjenige, dass die Dichte von typischen Prozessmaterialien variiert. Änderungen in der Dichte bewirken, dass die Frequenzen der natürlichen Typen variieren. Da das Treibersteuersystem des Durch- flussmessers die Durchflussröhren schwingend in Resonanz hält, variiert die Oszillationsfrequenz in Abhängigkeit von Änderungen in der Dichte. Eine Massendurchflussrate in dieser Situation ist proportional zu dem Verhältnis einer Phasendifferenz und der Oszillationsfrequenz.
  • Das vorstehend erwähnte US-Patent Nr. Re. 31,450 für Smith offenbart einen Coriolis-Durchflussmesser, der das Erfordernis vermeidet, sowohl die Phasendifferenz als auch die Oszillationsfrequenz zu messen, wenn die Massendurchflussrate gemessen wird. Eine Phasendifferenz wird durch Messen der Zeitverzögerung zwischen einem Niveaukreuzen der zwei sinusförmigen Signale des Durchflussmessers bestimmt. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, heben sich die Schwingungen in der Oszillationsfrequenz auf, und die Massendurchflussrate ist proportional zu der gemessenen Zeitverzögerung. Dieses Messverfahren wird nachfolgend als eine Zeitverzögerung oder eine Δt-Messung bezeichnet.
  • Informationen, die sich auf die Charakteristika eines Materialflusses in einem Coriolis-Massendurchflussmesser beziehen, werden typischerweise durch ein Instrumentarium erhalten, das die Phasen- oder Zeitverzögerung zwischen zwei Ausgangssignalen der Sensoren des Durchflussmessers misst. Diese Messungen müssen mit einer großen Genauigkeit vorgenommen werden, da es oftmals ein Erfordernis ist, dass die abgeleiteten Durchflussrateninformationen eine Genauigkeit von mindestens 0,15% einer Ablesung haben. Diese Ausgangssignale des Durchflussmessers sind sinusförmig und werden in der Zeit oder in der Phase um einen Betrag verschoben, der durch die Coriolis-Kräfte bestimmtist, erzeugt durch die Messeinrichtung, durch die das Material fließt. Die Signalverarbeitungsschaltung, die diese Sensorausgangssignale aufnimmt, misst diese Phasendif ferenz mit einer Präzision und erzeugt die erwünschten Charakteristika des fließenden Prozessmaterials zu der erforderlichen Genauigkeit von mindestens 0,15% einer Ablesung.
  • Das US-Patent Nummer 5,473,949 vom 12. Dezember 1995 für Cage et al beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen eines Drucks und einer Dichte in einem Coriolis-Massendurchflussmesser. Das Patent von Cage lehrt die Anregung eines Schwingungskanals in zwei unterschiedlichen Typen. Fluid wird dazu gebracht, in dem Kanal zu fließen, und Messungen werden in Bezug auf die zwei Typen einer Schwingung an einem „Arbeitspunkt" des Durchflussmessers vorgenommen. Der Druck und die Dichte des Materials, das in dem Durchflussmesser fließt, wird dann über die simultane Auflösung von zwei Gleichungen bestimmt, wie dies durch das Patent von Cage angegeben ist.
  • Digitale Signalverarbeitungs-(DSP)-Techniken verbessern die Genauigkeit einer Verarbeitung der Signale von den Sensoren des Coriolis-Durchflussmessers. DSP-Techniken und Vorrichtungen messen die Phasendifferenz zwischen den Sensorsignalen ohne Einführung von Phasenverschiebungen zwischen den zwei Signalen über den Messvorgang. Irgendeine Phasenverschiebung (Verzögerung), eingeführt durch die DSP-Operation, ist für die zwei Sensorsignale identisch. Zusätzlich können DSP-Techniken effektiver die Signale filtern, um die Daten von den Umgebungsrauschsignalen, hervorgerufen bei Signalen durch die Umgebung, in der der Durchflussmesser arbeitet, zu extrahieren.
  • Es ist bekannt, dass Änderungen im Druck innerhalb der Durchflussröhren des Durchflussmessers die Genauigkeit der Massendurchflussmessungen beeinflussen können. Änderungen in dem Druck des Materials, das innerhalb der Durchflussröhre fließt, können die Steifigkeit der Durchflussröhren des Durchflussmessers ändern. Diese Änderungen der Resonanzfrequenz der Durchflussröhren verursachen Fehler in der Messung des Massendurchflussmessers. Um die Effekte von Druckänderungen bei der Resonanzfrequenz- und Massendurchflussmessung zu minimieren, ist es üblich, die Wände der Durchflussröhren zu versteifen. Allerdings kann eine Erhöhung der Steifigkeit der Durchflussröhren, um die Effekte von Druckänderungen zu verringern, Kosten des Durchflussmessers erhöhen und auch die Empfindlichkeit des Durchflussmessers herabsetzen. Eine verringerte Empfindlichkeit aufgrund von Druckeffekten kann den benutzbaren Bereich für eine Anwendung des Durchflussmessers einschränken.
  • Es ist im Stand der Technik bekannt, einen Druckmesser in Verbindung mit dem Durchflussmesser zu verwenden, um einen momentanen Materialdruck zu messen und um die gemessenen Druckwerte bei der Korrektur der Messungen der Massendurchflussrate zu verwenden. Allerdings trägt die Hinzufügung eines unabhängigen Druckmessers zu der Komplexität (und den dazu zugeordneten Kosten) der Durchflussmessvorrichtung bei.
  • Lösung
  • Die vorliegende Erfindung löst die vorstehenden und andere Probleme, um dadurch den nutzbaren Stand der Technik zu verbessern, indem Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Drucks innerhalb eines Coriolis-Massendurchflussmessers ohne die Hinzufügung eines unabhängigen Druckmessers geschaffen werden. Eine Druckmessung, abgeleitet von dem Betrieb eines Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessern, wird dazu verwendet, die Massendurchflussmessungen des Durchflussmessers zu korrigieren. Die Druckmessung kann direkt in dem kontrollierten Prozess für andere Zwecke, die Druckmessungen in einem Kanal erfordern, verwendet werden. Die Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Endung betreiben den Coriolis-Effekt-Massendurchflussmesser durch Schwingen der Durchflussröhren in sowohl einem Biegetyp als auch einem Verdrehtyp. Jeder Schwingungstyp besitzt eine fundamentale Frequenz, die dazu zugeordnet ist. Ausreichend bekannte Signalverarbeitungstechniken werden in Verbindung mit Sensoren, positioniert an den Durchflussröhren, verwendet, um die Massendurchflussrate als eine Funktion der Schwingungen der Durchflussröhren abzuleiten. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung machen auch von der Tatsache Gebrauch, dass das Verhältnis zwischen einer ersten Schwingungstyp-Frequenz der Durchflussröhren (z. B. die Verdrehtyp-Frequenz) und einem zweiten Schwingungstyp der Durchflussröhren (z. B. die Biegetyp-Frequenz) als eine Funktion des Drucks innerhalb der Durchflussröhren variiert. Das Verhältnis der zwei gemessenen Frequenzen wird durch die Signalverarbeitungsverfahren und -vorrichtungen der vorliegenden Erfindung verwendet, um den Materialdruck innerhalb der Durchflussröhren zu bestimmen. Dieselbe Signalverarbeitungsvorrichtung wird sowohl dazu verwendet, die Massendurchflussrate abzuleiten, als auch dazu, den Druck innerhalb der Durchflussmesser-Durchflussröhren zu bestimmen. Dies vermeidet das Erfordernis einer separaten Druckmessvorrichtung in vielen Materialflussmessungsanwendungen. Zahlreiche andere, korrigierende Faktoren, umfassend eine Durchflussröhren temperatur und eine Materialdichte, werden durch die Signalverarbeitungsvorrichtung gemessen und dazu verwendet, sowohl die Bestimmung der Massendurchflussrate als auch die Bestimmung des Drucks zu korrigieren. Durch Bestimmen eines Drucks innerhalb der Durchflussröhren können die Massendurchflussratenmessungen unter Berücksichtigung der Effekte des Drucks bei den Massendurchflussratenmessungen korrigiert werden.
  • Ein Messungsdruck innerhalb der Durchflussröhren und ein Kompensieren der gemessenen Durchflussrate, um die Effekte von Druckänderungen in Bezug auf Durchflussröhren-Schwingungs-Charakteristiken zu korrigieren, ermöglicht, dass die Wände der Durchflussröhre aus einem dünneren Material aufgebaut werden. Die Durchflussröhren müssen nur dick genug sein, um entsprechend den statischen Materialdruck innerhalb der arbeitenden Durchflussröhren aufzunehmen. Die Wände der Durchflussröhre müssen nicht für den einzigen Zweck verdickt werden, die Effekte von Druckänderungen bei den Massendurchflussratenmessungen zu verringern. Ein dünnerer Aufbau ermöglicht, dass der Durchflussmesser seine Empfindlichkeit bei Anwendungen einer Durchflussmessung maximiert. Die dünneren Durchflussröhrenwände liefern eine bessere Empfindlichkeit für Massendurchflussmessungen. Insbesondere ermöglicht der Aufbau mit dünnerer Wand, dass der Durchflussmesser geringere Massendurchflussraten misst, wie dies bei der Messung der Massenflussrate von Materialien mit niedriger Dichte üblich ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis irgendwelcher zwei Schwingungstyp-Frequenzen dazu verwendet werden, den Druck zu bestimmen, falls die zwei Schwingungstyp-Frequenzen bestimmte Charakteristika anpassen. Die zwei Schwingungstypen müssen unterschiedlich auf Änderungen im Druck innerhalb der Durchflussröhren ansprechen. Irgendwelche zwei Schwingungstyp-Frequenzen, die dieses Kriterium erfüllen, können verwendet werden, um einen Druck innerhalb der Durchflussröhren von dem Verhältnis der zwei Schwingungstyp-Frequenzen zu bestimmen. Obwohl die Beschreibung, die folgt, die Verfahren der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf einen bestimmten von zwei Schwingungstypen darstellt (der erste Biegetyp und der erste Verdrehtyp), können andere Schwingungstypen dieses selbe Kriterium erfüllen und können ebenso gut zum Bestimmen des Drucks innerhalb des Durchflussmessers dienen. Auch wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, ein Druck durch Messen der Frequenz eines einzelnen Schwingungstyps abgeleitet. Dies kann dann vorgenommen werden, wenn einer der Typen entweder nicht Änderungen in den Befestigungsbedingungen, der Temperatur der Durchflussröhren oder der Dichte des Materials unterworfen wird oder nicht dadurch beeinflusst wird.
  • Die vorliegende Erfindung treibt die Durchflussröhren so an, um sowohl in dem ersten, sich außer Phase befindlichen Biegemode (hier der Biegetyp oder der sich biegende Typ) als auch in dem ersten, sich außer Phase befindlichen Verdrehmode (hier der Verdrehtyp oder der sich verdrillende Typ) in Schwingung zu versetzen. In Abhängigkeit von den Erfordernissen der Anwendung eines bestimmten Durchflussmessers können die Durchflussröhren so angesteuert werden, um in beiden Typen gleichzeitig in Schwingung zu versetzen, oder, in der Alternativen, können die Röhren sequenziell oder wiederholt in dem Verdrehtyp, gefolgt durch den Biegetyp, angetrieben werden. Zusätzlich können die Röhren kontinuierlich in dem Biegetyp für normale Massendurchflussmessungen in Schwingung versetzt werden und periodisch simultan in dem Verdrehtyp vibriert werden, um periodisch einen Druck und Massendurchflusskorrekturen davon zu bestimmen.
  • Die Signalverarbeitungsvorrichtung tastet die Ausgangssignale von Sensoren, befestigt an den schwingenden Durchflussröhren, ab, um die Frequenz jedes Schwingungstyp zu isolieren und zu messen. Die Signalverarbeitungsvorrichtung bestimmt die Massendurchflussrate von den Signalabtastungen der Biegetyp-Schwingung, wie dies ausreichend im Stand der Technik bekannt ist. Das Verhältnis einer Biegetyp-Frequenz und einer Verdrehtyp-Frequenz variiert, teilweise, als eine Funktion des Materialdrucks innerhalb der Durchflussröhren des Massendurchflussmessers. Die Signalverarbeitungsvorrichtung berechnet dieses Verhältnis und verwendet es, um den Druckinhalt des Durchflussmessers zu bestimmen. Ein Massendurchflussraten-Korrekturfaktor wird dann unter Verwendung der Druckmessung bestimmt. Dieser Korrekturfaktor wird durch die Signalverarbeitungsvorrichtung verwendet, um die Massendurchflussrate zu korrigieren. Diese korrigierte Messung der Massendurchflussrate wird dann dazu verwendet, Informationen, die sich auf die Prozessströmung beziehen, zu steuern oder in anderer Weise diese zu berichten.
  • Zusätzlich zu der Korrektur der Massendurchflussratenmessungen kann die Druckmessung der vorliegenden Erfindung per se verwendet werden, um das Erfordernis nach unabhängigen Druckdosiervorrichtungen zu vermeiden. Die vorliegende Endung erfüllt das Erfordernis nach einer Druckmessvorrichtung in Anwendungen von Coriolis-Durchflussmessern, wo Druckmessungen auch erforderlich sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen typischen Massendurchflussmesser, der an einer Massendurchfluss-Instrumentierung befestigt ist, in der die Verfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft angewandt werden können;
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm, das zusätzliche Details der Massendurchfluss-Instrumentierung der 1 darstellt;
  • 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer typischen Durchflussröhre in dem Biege-Schwingungstyp;
  • 4 zeigt eine Draufsicht einer typischen Durchflussröhre in dem Verdreh-Schwingungstyp;
  • 5 zeigt ein Blockdiagramm, das die verschiedenen digitalen Filter, angewandt dazu, Signale zu isolieren und zu verstärken, verarbeitet durch die Programme in dem DSP innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung der 1, unter Verwendung des Summen/Differenzverfahrens der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 6 zeigt ein Blockdiagramm, das die verschiedenen, digitalen Filter zeigt, die dazu angewandt werden, Signale, verarbeitet durch die Programme in dem DSP innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung der 1, zu isolieren und zu verstärken, unter Verwendung der alternativen Ausführungsform eines Filterverfahrens vierter Ordnung der vorliegenden Erfindung;
  • 7–9 zeigen Flussdiagramme, die die Verfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, betreibbar innerhalb des DSP der Massendurchfluss-Instrumentierung der 1, beschreiben;
  • 10 zeigt ein Blockdiagramm der Treiberschaltung der 2, die die erwünschten, fundamentalen Frequenzen der Schwingungsdurchflussröhren, unter Verwendung eines Summen/Differenz-Verfahrens, isoliert;
  • 11 zeigt ein Schaltungsdiagramm der ausbalancierten Operationsverstärkerschaltung der 10;
  • 12 zeigt ein Blockdiagramm, das integrierte Schaltungsvorrichtungen innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung der 1 darstellt;
  • 13 zeigt eine grafische Darstellung, die eine typische Beziehung zwischen dem Kalibrierungsfaktor eines Massendurchflussmessers und dem Druck innerhalb der Durchflussmesser-Durchflussröhren darstellt; und
  • 14 zeigt eine grafische Darstellung, die eine typische Beziehung zwischen dem Verhältnis einer Verdrehtyp-Schwingungsfrequenz gegenüber der Biegetyp-Schwingungsfrequenz und dem Druck innerhalb der Durchflussmesser-Durchflussröhren darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • ÜBERSICHT – ANWENDUNGEN DES CORIOLIS-DURCHFLUSSMESSERS:
  • Ein typischer Coriolis-Massendurchflussmesser 10 ist in 1 so dargestellt, dass er zwei Durchflussröhren 12, 14 besitzt, die an einem Verteilerkörper 30 befestigt sind, um so im Wesentlichen identische Federkonstanten und Trägheitsmomente um deren jeweilige Biegungsachsen, außerhalb der Phase, W-W und W'-W', zu haben. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass das Design des frei aufgehängt befestigten Durchflussmessers, gezeigt in 1, dazu vorgesehen ist, nur beispielhafte für einen Coriolis-Effekt-Massendurchflussmesser zu sein, bei dem die Verfahren der vorliegenden Erfindung vorteilhaft angewandt werden können. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung sind vorteilhaft bei Durchflussmessern anwendbar, die viele unterschiedliche Durchflussröhren-Geometrien haben, ebenso wie bei Durchflussmessern, die mehrere Durchflussröhren oder eine einzelne Durchflussröhre haben.
  • Eine Treiberspule und ein Magnet 20 sind an einem Mittelpunktbereich zwischen dem oberen Bereich 130 und 130' der Durchflussröhren 12, 14 befestigt, um die Durchflussröhren 12, 14 außerhalb der Phase um Achsen W-W und W'-W' zu oszillieren. Diese Schwingung wird hier als ein „sich biegender" Schwingungstyp oder einfach als „Biegetyp" bezeichnet. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Durchflussröhre 14, befestigt an einem Verteilerkörper 30, der in dem Biegetyp um die Achse W vibriert.
  • Ein Paar von Treiberspulen und zugeordneten Magneten 21R und 21L ist an der rechten und linken Seite, jeweils der Durchflussröhren 12, 14, befestigt, um die Durchflussröhren 12, 14 um die Mittenachse jeder Durchflussröhre, nämlich T und T', jeweils, außerhalb der Phase in Bezug auf die linke und die rechte Seite der Durchflussröhren zu oszillieren. Diese Schwingung wird hier als „sich verdrehender" Schwingungstyp oder einfach als „Verdrehtyp" bezeichnet. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass die Treiberspule und der Magnet 20 an den oberen Bereichen 130 und 130' eliminiert werden können, wenn die Treiberspulen und die Magnete 21R und 21L dazu geeignet sind, die Durchflussröhren 12 und 14 so anzutreiben, um in beiden Typen in Schwingung zu versetzen. 4 zeigt eine Draufsicht eines einzelnen Durchflussrohrs 12, befestigt an einem Verteilerkörper 30, der in dem Verdrehtyp um die Achse T schwingt. Wie anhand von 1 zu sehen ist, wird jede Durchflussröhre 12 und 14 so angetrieben, um in dem Verdrehtyp um seine eigene Achse in Schwingung zu versetzen, T und T' jeweils.
  • Ein linker Sensor 16 und ein rechter Sensor 18 sind nahe den jeweiligen Enden der oberen Bereiche der Durchflussröhren 12, 14 befestigt, um die relative Bewegung der Durchflussröhren 12, 14 zu erfassen. Dieses Erfassen wird vorzugsweise durch ausreichend bekannte Techniken vorgenommen, die Geschwindigkeitssensoren anwenden. Die Durchflussröhren 12 und 14 besitzen linksseitige Schenkel 131 und 131' und rechtsseitige Schenkel 134 und 134'. Die Seitenschenkel konvergieren nach unten zueinander hin und sind an Oberflächen 120 und 120' von Verteilerelementen 121 und 121' befestigt. Messingstäbe 140R und 140L sind an den Schenkeln der Durchflussröhren 12 und 14 hart angelötet und dienen dazu, die Achsen W-W und W'-W' zu definieren, um die die Durchflussröhren außerhalb der Phase oszillieren, wenn der Treiber 20 über den Pfad 156 mit Energie beaufschlagt wird. Die Position der Achsen W-W und W'-W' wird durch die Platzierung der Messingstäbe 140R und 140L auf den Seitenschenkeln 131, 1331' und 134, 134' der Durchflussröhre bestimmt.
  • Ein Temperaturdetektor 22 ist an dem Seitenschenkel 131 der Durchflussröhre 14 befestigt, um die Temperatur der Durchflussröhre und die ungefähre Temperatur des Materials, das darin fließt, zu messen. Diese Temperaturinformationen werden dazu verwendet, Änderungen in der Federkonstante der Durchflussröhren zu bestimmen. Antriebe bzw. Treiber 20, 21R und 21L, Sensoren 16 und 18 und ein Temperaturdetektor 22 sind an der Massendurchfluss-Instrumentierung 24 durch Pfade 156, 161, 160, 157, 158 und 159 jeweils verbunden. Die Massendurchfluss-Instrumentierung 24 umfasst mindestens einen Mikroprozessor, der die Signale verarbeitet, die von den Sensoren 16, 18 und 22 empfangen sind, um die Massendurchflussrate des Materials, das durch den Durchflussmesser 10 fließt, zu messen, ebenso wie andere Messungen, wie beispielsweise Materialdichte und Temperatur, vorzunehmen. Die Massendurchfluss-Instrumentierung 24 legt auch ein Treibersignal über den Pfad 156 an den Treiber 20 an, um die Durchflussröhren 12 und 14 in dem Biegetyp außerhalb der Phase um die Achse W-W und W'-W' zu oszillieren. Zusätzlich legt das Instrumentarium 24 ein Treibersignal über Pfade 160 und 161 an die Treiber 21L und 21R jeweils an, um Durchflussröhren 12 und 14 in dem Verdrehtyp um die Achse W zu oszillieren. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass der Treiber 20 eliminiert werden kann, wenn die Treiber 21L und 21R physikalisch und elektronisch in der Lage sind, gleichzeitig die Durchflussröhren 12 und 14 in den erwünschten zwei Schwingungstypen anzutreiben. Alternativ können die Treiber die Durchflussröhren sequentiell in den zwei unterschiedlichen Typen antreiben – einen Typ zu einem Zeitpunkt.
  • Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass, in Abhängigkeit von den geometrischen Konfigurationen des Durchflussrohrs, ein einzelner Treiberschaltkreis, geeignet positioniert an den zwei Durchflussröhren, dazu geeignet sein kann, die Durchflussröhren so anzutreiben, um in beiden Typen in Schwingung zu versetzen.
  • Der Verteilerkörper 30 ist aus einem Guss 150, 150' gebildet. Die Formelemente 150, 150' sind an einem Zuführkanal und einem Auslasskanal (nicht dargestellt) mittels Flanschen 103, 103' befestigbar. Der Verteilerkörper 30 teilt die Materialströmung von dem Zuführkanal in zwei Röhren 12, 14 und dann zurück in einen Auslasskanal auf. Wenn die Verteilerflansche 103 und 103' über ein Einlassende 104 und ein Auslassende 104' mit einem Kanalsystem (nicht dargestellt) verbunden sind, das Prozessmaterial, das gemessen werden soll, führend, tritt das Material in den Verteilerkörper 30 und das Verteilerelement 110 über die Einlassöffnung 101 in dem Flansch 103 ein und wird durch einen Kanal (nicht dargestellt) verbunden, der einen sich graduell ändernden Querschnitt besitzt, und zwar in dem Formelement 150, zu den Durchflussröhren 12, 14. Das Material wird aufgeteilt und durch das Verteilerelement 121 zu den linken Schenkeln 131 und 131' der Durchflussröhren 12 und 14 jeweils geführt. Das Material fließt dann durch die oberen Röhrenelemente 130, 130' und durch die rechtsseitigen Schenkel 134 und 134' und wird zu einem einzelnen Strom innerhalb des Durchflussröhren-Verteilerelements 121' wieder zusammengeführt. Das Fluid wird danach zu einem Kanal (nicht dargestellt) in dem Auslassformelement 150' und dann zu dem Auslassverteilerelement 110' geführt. Das Auslassende 104' ist über einen Flansch 103', der Schraublöcher 102' besitzt, mit dem Kanalsystem (nicht dargestellt) verbunden. Das Material tritt über die Auslassöffnung 101' aus, um zu der Strömung in dem Kanalsystem (nicht dargestellt) zurückzukehren.
  • Die Massendurchfluss-Instrumentierung 24 analysiert Signale, empfangen auf Pfaden 157, 158 und 159, und erzeugt Standard-Ausgangssignale auf dem Pfad 155, um Massendurchflussraten anzuzeigen, verwendet durch ein Steuersystem oder einen Bediener, zum Überwachen und Steuern der Massendurchflussrate durch das zugeordnete Kanalsystem (nicht dargestellt). Die Massendurchfluss-Instrumentierung 24 erzeugt auch Ausgangssignale auf einem Pfad 162, indikativ für einen Druck innerhalb des Massendurchflussmessers. Wie zuvor angemerkt ist, wird der Druck, der so bestimmt ist, innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung verwendet, um die Massendurchflussraten-Berechnungen zu korrigieren, und kann unabhängig für andere Steuerzwecke, die Druckmessungen erfordern, verwendet werden.
  • ÜBERSICHT – DRUCKEFFEKTE IN BEZUG AUF VBRATIONEN DER DURCHFLUSSRÖHRE
  • Eine Massendurchflussrate innerhalb eines Coriolis-Eftekt-Massendurchflussmessers ist dahingehend bekannt, dass sie proportional zu Δt (Zeitdifferenzmessung, die vorstehend diskutiert ist) ist. Die Massendurchflussrate kann deshalb ausgedrückt werden als: m = CFΔtwobei CF der Kalibrierungsfaktor ist und m die Durchflussrate ist. Allerdings kann sich, wenn sich der Druck innerhalb der Durchflussröhren des Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers erhöht oder erniedrigt, die Steifigkeit der Durchflussröhren ändern. Eine Änderung in der Steifigkeit der Durchflussröhre beeinflusst die Massendurchflussratenempfindlichkeit des Durchflussmessers. Eine Änderung in der Steifigkeit der Durchflussröhre beeinflusst auch die Schwingungsfrequenzen der Durchflussröhren. Das Verhältnis der Schwingungsfrequenzen zwischen einem Biegetyp und einem Verdrehtyp der Durchflussröhren ändert sich in Abhängigkeit von Druckänderungen in den Durchflussröhren. Das Frequenzverhältnis ist deshalb zu einem Druck innerhalb der Durchflussröhren in Bezug gesetzt (ebenso wie zu einer Anzahl von anderen Faktoren).
  • Die 13 und 14 sind grafische Darstellungen von empirischen Daten aus einem Betrieb von Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessern, die die Effekte, die vorstehend beschrieben sind, zeigen. 13 zeigt eine grafische Darstellung, die typische Effekte eines Drucks auf den Durchflussmesser-Kalibirierfaktor darstellt. Die Grafik 1300 stellt einen Messeinrichtungs-Kalibrierfaktor auf der y-Achse als eine Funktion des Drucks innerhalb der Durchflussröhren auf der x-Achse dar. Die ausgedruckten Datenpunkte 1302, 1304 und 1306 sind gemessene Daten von einem Betrieb eines Micro Motion D300 Durchflussmessers (modifiziert so, um zusätzliche Spulen zum Aufbringen einer Verdrehungsantriebskraft ebenso wie für eine Biegeantriebskraft zu erzielen). Es kann in der Grafik 1300 gesehen werden, dass sich der Kalibrierungsfaktor erhöht, wenn sich der Druck innerhalb der D300 Durchflussröhren erhöht.
  • 14 zeigt eine grafische Darstellung, die typische Effekte eines Drucks auf das Frequenzverhältnis der Durchflussröhren darstellt. Die Grafik 1400 stellt das Frequenzverhältnis einer Verdrehungstyp-Schwingung gegenüber einer Biegetyp-Schwingung auf der y-Achse als eine Funktion des Drucks innerhalb der Durchflussröhren auf der x-Achse dar. Die Kurven 1402 und 1404 sind an gemessene Datenpunkte von einem Betrieb eines Micro Motion CMF300 Massendurchflussmessers angepasst (modifiziert so, um zusätzliche Treiberspulen zum Aufbringen einer Verdrehungs-Treiber-Kraft ebenso wie einer Biege-Treiber-Kraft zu erzielen). Genauer gesagt ist die Kurve 1402 an Datenpunkte, die gemessen sind, während Wasser durch den CMF300 Durchflussmesser fließt, angepasst, und die Kurve 1404 ist an Datenpunkte, gemessen, während Maissirup durch den CMF300 Durchflussmesser fließt, angepasst. Es kann anhand der Kurven 1402 und 1404 der Grafik 1400 gesehen werden, dass das Frequenzverhältnis durch einen Druck innerhalb der Durchflussröhren (ebenso wie durch eine Dichte des Materials, das darin fließt) beeinflusst wird.
  • Wie anhand der 14 zu sehen ist, beeinflusst die Materialdichte das Frequenzverhältnis. In ähnlicher Weise kann gezeigt werden, dass die Temperatur und Befestigungsparameter der Durchflussröhren die Bestimmung des Frequenzverhältnisses beeinflussen können. Diese Faktoren können einfach durch Kalibrierung des Massendurchflussmessers, wie er in der bestimmten Anwendung verwendet wird, charakterisiert und kompensiert werden. Das Frequenzverhältnis, mit diesen Kompensationen dabei angewandt, ist deshalb als eine indirekte Messung des Drucks innerhalb der Durchflussröhren des arbeitenden Massendurchflussmessers verwendbar. Details der erforderlichen Kompensation werden nachfolgend angegeben.
  • Wenn einmal das Frequenzverhältnis geeignet eingestellt worden ist, wird es dazu verwendet, den entsprechenden Druck innerhalb der Durchflussröhren zu bestimmen. Ausreichend bekannte Kurvenanpassungs- und Tabellendurchsichts- und numerische Interpolationstechniken können angewandt werden, um den Druck, der durch das kompensierte Frequenzverhältnis gegeben ist, zu berechnen. Der Druck, der so berechnet ist, kann, per se, als eine direkte Druckmessung für Anwendungen verwendet werden, die solche Druckbestimmungen erfordern.
  • Zusätzlich wird der Druck, der so bestimmt ist, dazu verwendet, den Kalibrierungsfaktor des Massendurchflussmessers zu korrigieren, um dadurch die Messungen der Massendurchflussrate davon zu korrigieren. Der Druck wird dazu verwendet, einen Druckkorrekturfaktor zu bestimmen, der dann dazu verwendet wird, die Bestimmung des Massendurchflusses zu korrigieren. Die Massendurchflussrate innerhalb der schwingenden Durchflussröhren wird deshalb bestimmt als: M = CFCPΔtwobei CF und Δt so wie vorstehend sind und CP ein Druckkorrekturfaktor ist. Dieser Druckkorrekturfaktor wird bei einer Kalibrierung des Massendurchflussmessers bestimmt und wird als eine Funktion des berechneten Drucks wie folgt berechnet: CP = 1 + ((Kp/100)(P – P0))wobei Kp ein Druckkalibrierungsfaktor ist (ausgedrückt als ein Prozentsatz pro psi eines Drucks), P der Druck (bestimmt wie vorstehend) innerhalb der Durchflussröhren ist, und P0 der Kalibrierungsleitungsdruck ist (d. h. der nominale Druck, der dazu verwendet wird, den Durchflussmesser für einen normalen Betrieb in seiner vorgesehenen Anwendung zu kalibrieren). Der Druckkalibrierungsfaktor Kp und der Kalibrierungsleitungsdruck P0 werden durch standardmäßige Hersteller- oder in situ Kalibrierungstechniken bestimmt, die ausreichend für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt sind.
  • ÜBERSICHT – MASSENDURCHFLUSS-INSTRUMENTIERUNG:
  • Die vorliegende Erfindung weist digitale Signalverarbeitungsverfahren auf, die innerhalb eines digitalen Signalprozessor- (digital signal processor – DSP) Chips betreibbar sind, um berechnungsmäßige Funktionen innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung 24 durchzuführen. Diskrete Abtastungen werden von den analogen Signalen, erzeugt als Ausgang von den Durchflussröhrensensoren, herangezogen. Die diskreten Abtastungen von dem linken und dem rechten Sensor werden unter Verwendung standardmäßiger Analog-Digital-Umwandlungs-(A/D)-Vorrichtungen digitalisiert. Nach einer Digitalisierung wird eine weitere Verarbeitung der Abtastungen durch Digitalsignalverarbeitungsverfahren innerhalb des DSP-Chips durchgeführt.
  • Diese Digital-Signal-Verarbeitungs-Software (die nachfolgend diskutiert wird) ist in Bezug auf eine Massendurchfluss-Instrumentierung 24 betreibbar, die in größerem Detail in 12 dargestellt ist. Ein Digital-Signal-Prozessor 1200 der 12 ist eine Berechnungsvorrichtung, sehr ähnlich irgendeinem herkömmlichen Mikroprozessor, allerdings mit Funktionen für einen speziellen Zweck, abgestimmt für eine Anwendung bei Signalverarbeitungsaufgaben. Viele solcher DSP-Prozessor-Vorrichtungen sind für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist Texas Instruments TMS 320C31. Diese Vorrichtung umfasst eine Hardware-Fließpunkt-Verarbeitungseinheit, um die Funktion bzw. Leistung der Signalverarbeitungsberechnungen zu erhöhen. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass Festpunkt-Signal-Verarbeitungsvorrichtungen in Verbindung mit Software-Emulations-Dateien bzw. Libraries für Präzisions-Fließpunkt-Berechnungen eingesetzt werden können, wo, zum Beispiel, Kostenbetrachtungen der bestimmten Anwendung Funktionsbetrachtungen überschatten.
  • Der Prozessor 1200 liest Programminstruktionen von dem Programm-ROM 1202 über einen Bus 1252 und manipuliert Daten und Puffer in dem RAM 1204 über den Bus 1254. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird erkennen, dass es, in Abhängigkeit von verschiedenen Kosten- und Funktionsfaktoren, bevorzugt sein kann unter bestimmten Umständen, Programminstruktionen von dem ROM 1202 zu dem RAM 1204 zu kopieren, um die Funktion des Prozessors 1200 beim Abrufen von Instruktionen zu verbessern.
  • A/D-Wandler 200 nehmen jeweils ein analoges Signal von deren jeweiligen Durchflussröhren-Sensor-Ausgangssignalen, angelegt an Pfade 157 und 158, jeweils auf. Der Prozessor 1200 legt Steuersignale an A/D-Wandler 200 über Pfade 250 und 252 jeweils an und empfängt digitalisierte Abtastwerte von den A/D-Wandlern 200 über Pfade 250 und 252 jeweils. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass taktende Signale, erforderlich durch verschiedene Komponenten, durch irgendwelche ausreichend bekannten Takterzeugungstechniken, wie beispielsweise mit einem Kristall ge steuerte Oszillatoren, oder irgendwelche anderen, kommerziell erhältliche Takterzeugungsintegrationsschaltungen, erzeugt werden können.
  • In der bevorzugten Ausführungsform werden A/D-Wandler 200 innerhalb einer einzelnen, integrierten Schaltung mit mehrfachen Wandlern und einer einzelnen Kommunikations-Bus-Verbindung zu dem DSP-Prozessor ausgeführt. Dies hilft dabei, sicherzustellen, dass die Phasenbeziehung zwischen den zwei abgetasteten Signalen aufgrund des Coriolis-Effekts der schwingenden Durchflussröhren erfolgt, im Gegensatz dazu durch Effekte einer Signalspurführung auf einer gedruckten Schaltungsleiterplatte zu physikalisch separaten A/D-Wandlerschaltungen. Viele solcher Stereo-A/D-Wandler-Chips sind für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet bekannt. Ein Beispiel eines solchen Chips ist der Crystal Semiconductors CS5329, eine 2-Kanal-Stereo-A/D-Wandlervorrichtung.
  • Der Prozessor 1200 bestimmt einen Δt Wert aus der Phasendifferenz zwischen den abgetasteten Kanälen und legt ein Signal proportional zu Δt an den Pfad 1256 an. Ein A/D-Wandler 1206 wandelt den digitalen Signalwert, angelegt an den Pfad 1256, in ein analoges Signal proportional zu einer Massendurchflussrate, angelegt an den Pfad 155. Der Prozessor 1200, gemäß der vorliegenden Erfindung, bestimmt auch den Druck innerhalb des Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers von den abgetasteten Kanälen und legt ein Signal proportional zu dem Druck an dem Pfad 1260 an. Ein A/D-Wandler 1210 wandelt den digitalen Signalwert, angelegt an dem Pfad 1260, in ein analoges Signal proportional zu einem Druck, angelegt an den Pfad 162. Das Signal an den Pfaden 155 und 152 wird an Nutzeinrichtungen (nicht dargestellt), geeignet für die bestimmte Durchflussmesser-Messanwendung, angelegt.
  • Die Treiberschaltung 1208 empfängt die analogen Signale, angelegt an die Pfade 157 und 158, erzeugt durch linke und rechte Kanalsensoren. Die Treiberschaltung 1208 isoliert die Biegetyp-Frequenz und die Verdrehtyp-Frequenz. Die Treiberschaltung 1208 bestimmt die Summe der Signale des linken und des rechten Kanals ebenso wie die Differenz zwischen den Signalen des linken und des rechten Kanals, um die Biegetyp-Frequenz von der Verdrehtyp-Frequenz zu isolieren. Die Signale, angelegt an die Signalpfade des linken und des rechten Kanals, induziert durch die Biegetyp-Schwingungen, sind im Wesentlichen in Phase, während die Signale, induziert darauf durch Verdrehtyp-Schwingungen der Durchflussröhren, sich im Wesentlichen außerhalb der Phase befinden (ungefähr 180°). Die Summe der Signale des linken und rechten Kanals besitzen daher eine starke Frequenzkomponente in der Biege-Frequenz und eine wesentlich verringerte Frequenzkomponente in der Verdreh-Frequenz. Umgekehrt besitzt die Differenz zwischen den Signalen des linken und des rechten Kanals eine starke Frequenzkomponente in der Verdrehtyp-Frequenz und eine wesentlich verschlechterte Komponente in der Biegetyp-Frequenz.
  • 10 und 11 beschreiben eine Treiberschaltung 1208 in zusätzlichem Detail. Eine ausbalancierte Operationsverstärkerschaltung (OP-Amp-Schaltung) 1008 der 10 kombiniert die Signale von dem linken und dem rechten Kanal, um die Summe und die Differenz der Signale zu erzeugen, wie dies vorstehend angeführt ist. Die Grafiken 1000 und 1004 auf dem Pfad 157 zeigen die Überlagerung der Biegetyp- und Verdrehtyp-Schwingungen jeweils auf dem Pfad 157. In ähnlicher Weise zeigen die Grafiken 1002 und 1006 die Überlagerung der Biegetyp- und Verdrehtyp-Schwingungen jeweils auf dem Pfad 158. Es ist anzumerken, dass die Grafiken 1000 und 1002, die die durch die Biegetyp-Schwingungen induzierten Signale zeigen, im Wesentlichen in Phase sind, während die Grafiken 1004 und 1006, die die durch die Verdrehtyp-Schwingung induzierten Signale zeigen, im Wesentlichen außerhalb der Phase sind. Die Grafik 1010 zeigt die Summe der Signale des linken und des rechten Kanals, erzeugt durch die ausbalancierte Operationsverstärkerschaltung 1008 und angelegt an den Pfad 156, während die Grafik 1012 die Differenz der Signale des linken und des rechten Kanals, erzeugt durch die ausbalancierte Operationsverstärkerschaltung 1008, und angelegt an die Pfade 160 und 161, zeigt. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird erkennen, dass die Signale, angelegt an den Pfad 156, 160 und 161, verstärkt und konditioniert werden müssen, bevor sie als Treiber- bzw. Antriebssignale an den Durchflussmesser 10 angelegt werden. Es ist anzumerken, dass die Frequenz, gezeigt in der Grafik 1010, die Biegetyp-Frequenz-Komponente der Signale von dem linken und dem rechten Kanal ist, während die Frequenz, gezeigt in der Grafik 1012, die Verdrehtyp-Frequenz-Komponente derselben Signale ist. Das Summen/Differenz-Verfahren der Schaltung 1008 isoliert die zwei Komponenten der überlagerten Signale auf jedem der Kanäle. 11 stellt die kaskadierten Operationsverstärker dar, die die ausbalancierte Operationsverstärkerschaltung 1008 der 10 aufweisen.
  • Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht digitale Verarbeitungstechniken äquivalent zu der Treiberschaltung 1208, diskutiert vorstehend, erkennen. Das allgemeine Design der Treiberschaltung 1208, das vorstehend diskutiert ist, beruht auf der Tatsache, dass die Sensorausgangssignale von den Durchflussröhren-Sensoren 180° außerhalb der Phase in Bezug zueinander, und zwar in Bezug auf Verdrehtyp-Schwingungen, sind, wogegen die Sensorsignale in Phase in Bezug auf die Biegetyp-Schwingungen sind. Diese Tatsache ermöglicht die Verwendung des Designs der Summen/Differenz-Analog-Schaltung, das vorstehend diskutiert ist, um die zwei Schwingungstyp-Frequenzen, überlagert auf den Sensor-Ausgangs-Signalen, zu isolieren. Digitale Varianten der analogen Schaltung werden für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden. Zusätzlich können andere Schwingungstypen durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, in denen die Phasenverschiebungen von 0° und 180°, angeführt vorstehend, nicht existieren können. In solchen Fällen können ausreichend bekannte Digital-Signal-Verarbeitungstechniken eingesetzt werden, um die Isolation der verschiedenen Schwingungstyp-Frequenzen zu schaffen, und für die Erzeugung von geeigneten Treiber- bzw. Antriebssignalen.
  • SIGNALVERARBEITUNGSVERFAHREN – FREQUENZBESTIMMUNGEN:
  • 2 stellt die allgemeine Struktur dar, und den zugeordneten Fluß von Informationen in der Durchflussmesser-Instrumentierung 24 der vorliegenden Erfindung und insbesondere den Fluss von Informationen und Berechnungen innerhalb des DSP 1200. Die Dosierelektronik der vorliegenden Erfindung weist zwei im Wesentlichen identische „Kanäle" auf: einen ersten Kanal zur Verarbeitung des Sensorausgangssignals der linken Durchflussröhre und einen zweiten Kanal zum Verarbeiten des Sensorausgangssignals der rechten Durchflussröhre. Die zwei „Kanäle" sind grundsätzlich in Bezug zu der Gewichts-Adaption der Kerbenfilter symmetrisch, wie dies nachfolgend diskutiert ist.
  • Die nachfolgende Diskussion wird im Hinblick auf eine typische Anwendung eines Coriolis-Durchflussmessers angegeben, bei der die fundamentale Frequenz der Biegetyp-Schwingungs-Durchflussröhren ungefähr 100 Hz beträgt. Eine typische Verdrehtyp-Frequenz entsprechend zu dieser beispielhaften Biegetyp-Frequenz kann, zum Beispiel, ungefähr 250 Hz betragen. Andere Durchflussröhren-Konfigurationen können bei anderen Frequenzen entsprechend zu anderen Verhältnissen schwingen, die ähnlich beim Bestimmen eines Drucks und beim Korrigieren von Massendurchflussratenmessungen davon sein können. Es wird deshalb leicht durch Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet erkannt werden, dass die Vorrichtung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung bei vielen Kombinationen von Schwingungstypen und frequenzen angewandt werden können.
  • Berechnungen, die durch den DSP 1200 durchgeführt sind, sind als Berechnungselementblöcke innerhalb des DSP 1200 in 2 dargestellt. Viele der Berechnungselemente, die nachfolgend diskutiert sind, arbeiten synchron mit Taktsignalen, die zu verschiedenen Abtastungen der Durchflussröhren-Sensor-Ausgangssignalen zugeordnet sind. Der Takt bzw. CLOCK 214 der 2 liefert Taktsignale, die den verschiedenen Abtastraten der berechnungsmäßigen Elemente, die nachfolgend diskutiert sind, zugeordnet sind. Es sollte verständlich werden, dass Taktsignale, erforderlich für einen Betrieb der Signalverarbeitungsverfahren innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung 24, als geeignet durch den CLOCK 214 zugeführt werden. Eine Zeitabstimmung von verschiedenen Berechnungen innerhalb der Elemente, gezeigt in 2, können weiter durch die Verfügbarkeit von Signalen von der früheren Berechnungsstufe „getaktet" (oder tormäßig gesteuert) werden. Mit anderen Worten, kann jeder Berechnungsblock, gezeigt innerhalb des DSP 1200 der 2, synchron in Bezug auf die Verfügbarkeit von Daten von einer früheren Berechnung arbeiten. CLOCK 214 führt deshalb konzeptmäßig das Takten für alle Berechnungen dahingehend zu, dass alle Berechnungselemente von früheren Zwischenberechnungen abhängig sind, die wiederum von präzise getakteten, digitalisierten Abtastungen, erzeugt durch die A/D-Wandler 200, abhängig sind.
  • Die Datenpfade, angezeigt in 2, die die verschiedenen, berechnungsmäßigen Elemente innerhalb des DSP 1200 verbinden, stellen den Durchgang von Daten von einem berechnungsmäßigen Element oder einer Stufe zu einer anderen dar. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht erkennen, dass äquivalente Berechnungen in eine Vielfalt von ähnlichen Formen umgesetzt werden können, so dass die unterschiedlichen Zwischenschritte der Berechnungen so dargestellt werden können, dass sie unter den verschiedenen, berechnungsmäßigen Elementen hindurchgeführt werden. Die bestimmte Dekomposition bzw. Zerlegung der Berechnungen in Elemente, dargestellt als Blöcke in 2, ist zur Verdeutlichung der Diskussion wählbar. Die präzisen Verfahren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der 7–9 diskutiert.
  • Der CLOCK 214 führt einen periodischen, gepulsten Signaltakt zu A/D-Wandlern 200 über den Pfad 270 zu, um die Abtastrate der rohen (nicht verarbeiteten) Signale, erzeugt durch die Durchflussröhren-Sensoren, zu bestimmen. Jeder A/D-Wandler 200 tastet sein entsprechendes, analoges Signal ab und wandelt den abgetasteten Wert in eine di gitale Form um, einmal für jeden Signalimpuls, angelegt an den Pfad 270 durch CLOCK 214. Dieses Taktsignal, angelegt an die A/D-Wandler 200 über den Pfad 270, muss eine hoch akkurate Frequenz haben, um eine Abtastung der Ausgangssignale des Durchflussröhren-Sensors unter einer festgelegten Abtastrate zu ermöglichen, wie dies für die Verarbeitung der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Diese Taktimpuls-Genauigkeit wird vorzugsweise durch die Verwendung eines quarzgesteuerten Takts erreicht. In dem Umfang, in dem CLOCK 214 in seiner Art programmierbar ist, programmiert der DSP 1200 Parameter des CLOCK 214 über geeignete Register von CLOCK 214.
  • Das Ausgangssignal von dem Sensor 18 der rechten Durchflussröhre der 1 wird an den A/D-Wandler 200 über den Pfad 158 der 1 angelegt. Das Ausgangssignal von dem Sensor 16 der linken Durchflussröhre der 1 wird an den A/D-Wandler 200 über den Pfad 157 der 1 angelegt. Der A/D-Wandler 200 tastet die analogen Signale von den Durchflussröhren-Sensoren ab und wandelt sie zu digitalen Werten um. Die A/D-Wandler 200 arbeiten in Abhängigkeit des periodischen Taktsignals mit festgelegter Frequenz, empfangen auf dem Pfad 270, zugeführt durch einen systemweiten CLOCK 214.
  • Der umgewandelte, digitale Wert, entsprechend dem Sensorausgang des rechten Kanals, wird über den Pfad 252 an ein 48 : 1 Dezimierungs-Filter-Element 202 angelegt. 48 : 1 Dezimierungs-Filter-Elemente 202 sind innerhalb des DSP 1200 in Abhängigkeit jeder Abtastung, empfangen von den A/D-Wandlern 200 auf den Kanälen, betreibbar. Die Dezimierungs-Filter-Elemente 202 verringern die Anzahl von Abtastungen um einen Faktor von 48, während eine signifikante Anti-Aliasing-Filterung der abgetasteten Signalwerte erzielt wird. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird erkennen, dass das bestimmte Dezimierungsverhältnis von 48 : 1 eine Frage einer Auswahl eines Ingenieur-Designs in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendungsumgebung ist. Das 48 : 1 Dezimierungs-Filter-Element 202 wird in zwei Stufen vorgenommen, eine 8 : 1 Stufe gefolgt durch eine 6 : 1 Stufe. Beide Stufen eines Dezimierungs-Filter-Elements 202 werden vorzugsweise als Finite-Impuls-Ansprech-(FIR)-Anti-Aliasing-Filter ausgeführt. Vorzugsweise sind die FIR-Filter („finite impulse response"-Filter) so ausgelegt und umgesetzt unter Verwendung von einem ausreichend bekannten Remez-Algorithmus, der einen optimalen Filter erzeugt. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird erkennen, dass ein Infinite-Impuls-Response-(IIR)-Filter auch für die Dezimierungsstufen verwendet werden kann. Die Verwendung einer FIR- gegenüber einer IIR-Filterung ist eine Frage einer De signauswahl basierend auf einer berechnungsmäßigen Komplexität und der relativen Lei stung der berechnungsmäßigen Elemente, die in einem bestimmten Design verwendet sind.
  • Die erste Stufe eines Dezimierungs-Filter-Elements 202 führt eine 8 : 1 Reduzierung "in der Abtastungsrate von ungefähr 39,1 kHz auf ungefähr 4,9 kHz durch. Für diese erste Stufe beginnen die Durchlassband-Enden bei ungefähr 300 Hz und das Stoppband beginnt bei ungefähr 2319 Hz. Das Durchlassband der ersten Stufe besitzt eine Gewichtung von 1 und das Stoppband besitzt eine Gewichtung von ungefähr 104. Das Kernel besitzt eine Länge von 72. Die zweite Stufe eines Dezimierungs-Filter-Elements 202 führt eine 6 : 1 Reduzierung in der Abtastungsrate von ungefähr 4,9 kHz auf ungefähr 814 Hz durch. Für die zweite Stufe endet das Durchlassband bei ungefähr 300 Hz, das Stoppband beginnt bei ungefähr 400 Hz, das Durchlassband besitzt eine Gewichtung von 1 und das Stoppband besitzt eine Gewichtung von 104, und das Kernel besitzt eine Länge von 181.
  • Kernel-Koeffizienten für den Dezimator-Filter der ersten Stufe sind vorzugsweise:
  • Figure 00200001
  • Figure 00210001
  • Kernel-Koeffizienten für den Dezimator-Filter der zweiten Stufe sind vorzugsweise:
  • Figure 00220001
  • Figure 00230001
  • Figure 00240001
  • Figure 00250001
  • Der linke Kanal, der einen A/D-Wandler 200 und ein Dezimierungs-Filterelement 202, verbunden über einen Pfad 250, aufweist, arbeitet identisch zu dem vorstehend diskutierten rechten Kanal. Der A/D-Wandler 200 empfängt das Signal, erzeugt durch den linken Sensor 16 über den Pfad 157, wandelt das analoge Signal in eine digitale Form um und legt den digitalen Wert über den Pfad 250 an einen Dezimierungs-Filter 202 für den linken Kanal an. Der Ausgang des Dezimierungs-Filter-Elements 202 für den linken Kanal legt sein Ausgangssignal an den Pfad 254 für eine weitere Verarbeitung an und legt für den rechten Kanal seinen Ausgang an den Pfad 256 für eine weitere Verarbeitung an.
  • Die Berechnungen der Dezimierungsstufen verwenden vorzugsweise eine Fließpunkt-Arithmetik, um die berechnungsmäßige Genauigkeit so beizubehalten, wie dies erforderlich ist. Darauffolgende Berechnungen für den Kerbenfilter, Phasen-Berechnungen, Berechnungen von Δt und Berechnungen der Massendurchflussrate werden auch vorzugsweise unter Verwendung einer Fließpunkt-Arithmetik aufgrund des weiten Bereichs einer berechnungsmäßigen Skalierung, begleitet mit komplexeren Funktionen, durchgeführt.
  • Die im Anti-Aliasing-Verfahren dezimierten, digitalisierten Signalwerte für den rechten Kanal werden über den Pfad 256 an ein Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 angelegt. In ähnlicher Weise werden die im Anti-Aliasing-Verfahren behandelten, dezimierten, digitalisierten Signalwerte für den linken Kanal über den Pfad 254 an ein Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 angelegt. Das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204, das im Detail nachfolgend diskutiert ist, erhöht die Signalwerte. Dieser Prozess isoliert Signale, erzeugt durch die Biegetyp-Schwingungs-Bewegungen der Durchflussröhren von den verschiedenen Harmonischen, Rauschen, und von Verdrehtyp-Schwingungs-Bewegungen. Das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 eliminiert ein Band von Frequenzen (eine Kerbe), zentriert um die fundamentale Frequenz der Durchflussröhren, die in dem Biegetyp schwingen, herum. Das erhaltene Signal stellt das gesamte Rauschen außerhalb der Kerbe, zentriert um die fundamentale Frequenz der Durchflussröhren, die in dem Biegetyp schwingen, dar. Dieses Rauschsignal wird dann von dem Signal, angelegt als Eingang an das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 über den Pfad 256, subtrahiert, was die Summe der fundamentalen Frequenz ist, und das gesamte Rauschen, das nicht durch das Dezimierungs-Filter-Element 202 gefiltert ist.
  • Das Ergebnis der Subtraktion, das die fundamentale Frequenz der Schwingungs-Durchflussröhren, gefiltert von den meisten Rauschsignalen, darstellt, wird dann an den Pfad 262 als Ausgang des Frequenz-Phasen-Berechnungselements 204 angelegt. Werte, die für die Phase der Ausgangssignale sowohl des linken als auch des rechten Signals indikativ sind, werden innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 erzeugt und dann über Pfade 260 und 262, jeweils, an das Δt Berechnungselement 208 angelegt. Die Parameter (Gewichtungsfaktoren oder Koeffizienten und der Debiasing-Parameter) des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 bestimmen die Charakteristika der Kerbe, nämlich die Form der Kerbe (Bandbreite von Frequenzen, die zurückgewiesen sind) und die fundamentale Frequenz, an der die Kerbe zentriert ist. Die Parameter werden durch Gewichtungs-Adaptions-Elemente innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 berechnet. Die Berechnungen, die für eine Adaption der Kerbfilter erforderlich sind, werden nachfolgend in zusätzlichem Detail diskutiert. Sowohl die Form der Kerbe als auch die fundamentale Frequenz, um die die Kerbe zentriert ist, kann an Spuränderungen in der fundamentalen Frequenz angepasst werden. Die Form der Kerbe bestimmt die Geschwindigkeit, mit der die Kerbfilter Änderungen in der fundamentalen Frequenz nachführen können. Eine breitere Kerbe liefert eine geringere Filterung, allerdings kann sie schneller auf Änderungen in der fundamentalen Frequenz eingestellt werden. Eine schmalere Kerbe konvergiert langsamer auf Änderungen in der fundamentalen Frequenz hin, liefert allerdings eine ausgezeichnete Filtration der Eingangs-Sensorsignale. In der bevorzugten Ausführungsform wird angenommen, dass die Form der Kerbe nicht geändert werden muß. Empirische Daten ergeben, dass die programmierbaren Filter dazu geeignet sind, normale Änderungen in deren jeweiligen Eingangssignalen ohne das Erfordernis, die Form deren jeweiligen Kerben zu verändern, nachzuführen.
  • Die Gewichtungs-Adaptions-Parameter, berechnet innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204, werden an sowohl den linken als auch den rechten Kanal angelegt, so dass beide Sensorsignal-Ausgangskanäle identisch verarbeitet werden. Die Verwendung eines einzelnen Satzes von Parametern, angelegt an sowohl den linken als auch den rechten Kanal, dient dazu, die kritische Phasenbeziehung zwischen den zwei Kanälen beizubehalten. Diese Beziehung wird dazu verwendet, den Δt-Wert zu berechnen, der proportional zu der Massendurchflussrate ist.
  • Die fundamentale Frequenz der Biegetyp-Durchflussröhren-Schwingungen wird durch das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 berechnet und an den Pfad 266 als Eingang zu dem Δt-Berechnungselement 208 angelegt. Die verstärkten Signale werden weiterhin durch einen Goertzel-Filter innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 verarbeitet, um die Phase der Signale zu berechnen, wie dies für eine eventuelle Δt-Berechnung durch das Element 208 erforderlich ist. Werte, die für die Phase der Biegetyp-Schwingungsröhren indikativ sind, werden innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 erzeugt und an Pfade 260 und 262 entsprechend zu dem linken und dem rechten Kanal jeweils angelegt.
  • Phasenberechnungen innerhalb des Elements 204 verwenden Fourier-Transformationstechniken mit zwei Hanning-Fenstern, um die Phase der gefilterten Signale zu bestimmen. Die Länge eines Fensters ist eine Funktion der nominalen oder erwarteten, fundamentalen Durchflussröhren-Frequenz. Die Länge eines Fensters bestimmt eine Anzahl von Oszillationszyklen der Durchflussröhren, über die Abtastungen gesammelt und gewichtet werden, um die Phase der Durchflussröhren zu bestimmen. Die erwartete Durchflussröhren-Frequenz kann in die Elektroniken der vorliegenden Erfindung zum Zeitpunkt der Herstellung programmiert werden, oder kann als ein Parameter an einer bestimmten Installations/Anwendungsstelle eingegeben werden, oder kann durch Betreiben des Durchflussmessers und durch geeignete Messungen bestimmt werden. Die Länge eines Fensters stellt eine Abwägung zwischen einer Ansprechzeit und einer Zurückweisung von Rauschen aufgrund einer Leckage dar. Eine größere Anzahl von Zyklen, akkumuliert, um die Phase zu bestimmen, dient für eine zusätzliche Zurückweisung von Rauschen, erfordert allerdings eine zusätzliche Verzögerung und verlangsamt deshalb das Ansprechverhalten auf Änderungen in der Durchflussröhren-Schwingungs-Phasenbeziehung. Weniger Abtastungen reduzieren die Verzögerung und verbessern deshalb die Geschwindigkeit eines Ansprechens auf Änderungen der Durchflussröhren-Schwingungs-Phase, liefern allerdings eine schlechtere Rauschzurückweisung. Acht Durchflussröhrenzyklen werden als die bevorzugte Fensterlänge, gemessen in Zyklen, ausgewählt. Unter der Annahme einer gegebenen, erwarteten Frequenz wird die bevorzugte Fenstergröße (2N) bestimmt als:
    window_length = 2 floor(3200/expected_tube_frequency)
    wobei floor(x) die größte, ganze Zahl geringer als oder gleich zu x ist.
  • Das Hanning-Fenster wird als ein Vektor von Gewichtungen dargestellt, die auf die diskreten Abtastungen über die Periode eines Hanning-Fensters angewandt werden sollen. Dort, wo 2N die Zahl von diskreten Abtastungen innerhalb einer Periode des Hanning-Fensters ist, wird die Gewichtung der k-ten diskreten Abtastung die Gewichtung für die kte diskrete Abtastung, wobei k von 0 bis 2N – 1 reicht, bestimmt als: h(k) = ½(1 – cos(2πk/(2N – 1)))
  • Ein Signalzustand eines halben Fensters wird (innerhalb der Softwareverfahren der vorliegenden Erfindung) alle N diskreten Abtastungen aufgestellt (wo ein vollständiges Hanning-Fenster des abgetasteten Sensor-Ausgangssignals 2N diskrete Abtastungen in einer einzelnen Periode besitzt), und zwar zu Zwecken, die im Detail nachfolgend diskutiert werden, die sich auf parallele Berechnungen von überlappenden Hanning-Fenstern beziehen. Zusätzlich zählt eine Zähler-Variable (z. B. bezeichnet als SAMPNO innerhalb der Verfahren der vorliegenden Erfindung) den Abtast-Zahl-Index innerhalb eines momentan abgetasteten Hanning-Fensters (z. B. als eine modulo N Funktion von 0 bis N-1). Die SMPNO Zähler-Variable erhöht sich mit der Verarbeitung jeder erhöhten Abtastung von dem Frequenz-Phasen-Berechnungselement 204. Wenn SAMPNO N-1 erreicht, setzt der nächste Abtastwert SAMPNO auf 0 zurück. Das halbe Fenstersignal entspricht dem SAMPNO Zähler, der gleich zu Null ist. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der SAMPNO Zähler in der Software ausgeführt, die die Zahl von diskreten, dezimierten, abgetasteten Sensor-Ausgangssignal-Werten, verarbeitet während eines Hanning-Fensters, zählt. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird viele äquivalente Strukturen und Funktionen erkennen, um diese Funktion entweder in einem Softeware-Design oder in äquivalenten Schaltungsstrukturen auszuführen.
  • Den Signalabtastungen an den Kanten jedes Fensters werden geringere Gewichtungen gegeben als solchen zu der Mitte des Fensters hin. Um vollständiger die verfügbaren Daten zu benutzen, werden zwei Fourier-Berechnungen gleichzeitig so vorgenommen, dass die Fenster um eine halbe Fensterlänge überlappen. Neue Fourier-Phasenmessungen werden deshalb für jeden Kanal jedes halbe Fenster von Abtastungen erzeugt.
  • Die Verwendung einer konstanten Fenstergröße in der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass die Hanning-Fenster-Gewichtungen vor einem Beginn von Durchflussmessungen vorab berechnet werden. Die Fenstergröße bestimmt, wenn sie in Verbindung mit einer diskreten Zeit-Fourier-Transformation (discrete-time Fourier transform – DTFT) verwendet wird, wie in der vorliegenden Erfindung, die Schärfe der Frequenz-Diskriminierungs-Charakteristik des DTFT-Filterausgangs und demzufolge die Zurückweisung von Rauschen, von Pseudo-Harmonischen und einer Leckage. Eine längere Fenstergröße liefert ein langsameres Ansprechen des Filters auf Änderungen in der Phase. Die Fenstergröße, wie sie vorstehend bestimmt ist, stellt die beste, bekannte Approximation dar, die geeignet ist, um sich widersprechende Ziele einer verbesserten Frequenzdiskriminierung und einer Rauschzurückweisung gegenüber einem schnellen Ansprechverhalten auf Phasenänderungen auszubalancieren. Die bevorzugte Fenstergröße kann für unterschiedliche Durchflussmesser-Anwendungen geändert werden, um bestimmte Umgebungsbedingungen zu optimieren.
  • Phasenberechnungen, durchgeführt innerhalb eines Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204, summieren die gefilterten, diskreten, abgetasteten Werte auf, um eine komplexe Zahl zu erzeugen, die für die Phase des abgetasteten, gefilterten Sensor-Ausgangssignals indikativ ist. Diese komplexe Zahl wird in darauffolgenden Berechnungen von Δt verwendet. Genauer gesagt wird eine Goertzel-Filter-Fourier-Transformation auf jedes Hanning-Fenster von gefilterten, diskreten, abgetasteten Sensor-Ausgangssignal-Werten angewandt, um die Fourier-Komponente bei der Biegetyp-Frequenz sowohl des rechten als auch des linken Kanals zu bestimmen. Die Koeffizienten des Goertzel-Filters werden durch Frequenzberechnungen innerhalb eines Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 basierend auf dem Durchschnitt des RML-Biege-Frequenz-Koeffizienten (diskutiert nachfolgend) für das vorhergehende halbe Hanning-Fenster von erhöhten bzw. verstärkten Signalwerten bestimmt. Die Phasenberechnungen für den linken Kanal und für den rechten Kanal arbeiten identisch.
  • Das Δt-Berechnungselement 208 bestimmt die Zeitverzögerung, resultierend aus der Phasendifferenz zwischen dem linken und dem rechten Sensor-Ausgangssignal, wie es von dem Element 204 über Pfade 260 und 262 empfangen wird. Die Zeitverzögerung, die so bestimmt ist, wird in Verbindung mit Frequenzabschätzungen von Biegetyp-Schwingungen der Durchflussröhren, empfangen von dem Element 204 über den Pfad 266, verwendet, um die Massendurchflussrate des Materials, das durch die Durchflussröhren des Coriolis-Durchflussmessers fließt, zu bestimmen.
  • Die Fourier-Komponente (eine komplexe Zahl, die für eine Phase indikativ ist) des linken Kanals (empfangen durch ein Δt-Berechnungselement 208 auf dem Pfad 260) wird durch das Konjugierte der Fourier-Komponente des rechten Kanals (empfangen durch das Δt-Berechnungselement 208 auf dem Pfad 262) multipliziert. Der Winkel des komplexen Ergebnisses wird dann berechnet. Dieser Phasendifferenzwinkel wird durch die Röhrenfrequenz der Biegetyp-Schwingungs-Durchflussröhren (empfangen durch das Δt-Berechnungselement 208 auf dem Pfad 266 und konvertiert in geeignete Einheiten, um die Phasenmessung anzupassen) geteilt, um einen Δt-Wert zu erzeugen. Der Δt-Wert, der so durch das Δt-Berechnungselement 208 bestimmt ist, wird an das Massendurchfluss-Berechnungselement 290 über den Pfad 294 angelegt. Das Massendurchfluss-Berechnungselement 290 bestimmt die Massendurchflussrate von Material, das durch den Durchflussmesser fließt, im Verhältnis zu dem Δt-Wert, angelegt an seinen Eingangspfad 294. So, wie es im Stand der Technik bekannt ist, können Massendurchflussraten-Berechnungen hinsichtlich Temperaturvariationen korrigiert werden, wie sie durch den Sensor 22 gefühlt werden, und können zu dem Massendurchfluss-Berechnungselement 290 über den Pfad 159 übertragen werden.
  • Die Massendurchflussrate, bestimmt durch das Massendurchfluss-Berechnungselement 290, wird weiter durch den Druckmessungswert, angelegt an seinen Eingangspfad 162, korrigiert. Die korrigierte Massendurchflussrate wird dann, über den Ausgangspfad 155, an eine Nutzeinrichtung 292 angelegt, die die korrigierte Massendurchflussrate für eine Steuerung des unterlegenden Prozesses verwendet.
  • Zusätzlich zu der Bestimmung einer Massendurchflussrate von der Biegetyp-Schwingung der Durchflussröhren (wie dies vorstehend zusammengefasst ist) wird die Verdrehtyp-Schwingung der Durchflussröhren durch Berechnungselemente innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung 24 verwendet, um den Druck innerhalb des Durchflussmessers zu bestimmen. Wie es vorstehend angeführt ist, kann der Druck innerhalb des Durchflussmessers die Genauigkeit der Durchflussraten-Messungen beeinflussen. Die Druckmessung innerhalb der Massendurchfluss-Instrumentierung 24 wird deshalb dazu verwendet, die Massendurchflussraten-Berechnungen, die vorstehend zusammengefasst sind, zu korrigieren. Die dezimierten, abgetasteten Werte von dem linken und dem rechten Kanal werden über Pfade 254 und 256 jeweils an ein Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 angelegt, wie dies vorstehend diskutiert ist. Das Fre quenz/Phasen-Berechnungselement 204 erhöht die dezimierten, abgetasteten Signalwerte von jedem Kanal, um Signale zu isolieren, erzeugt durch die Verdrehtyp-Schwingungsbewegungen der Durchflussröhren von den verschiedenen Harmonischen, Rauschen und von den Biegetyp-Schwingungsbewegungen.
  • Das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 bestimmt die fundamentale Frequenz der Verdrehtyp-Schwingungen der Durchflussröhren und legt diese Frequenz an den Pfad 264 an. Ähnlich bestimmt das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 die fundamentale Frequenz der Biegetyp-Schwingungen der Durchflussröhren und legt diese Frequenz an den Pfad 266 an. Das Frequenzverhältnis- und Druckberechnungselement 212 empfängt die Frequenzen, die so bestimmt sind, über Pfade 264 und 266 und bestimmt den Druck innerhalb des Durchflussmessers als eine Funktion des Verhältnisses der zwei Frequenzen.
  • FREQUENZ/PHASEN-FILTRATIONS-VERFAHREN
  • Das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 von 2 ist so angepasst, um die Signale, erzeugt durch den Bewegungssensor des linken Kanals und den Bewegungssensor des rechten Kanals, befestigt an den schwingenden Durchflussröhren, zu verstärken. Die Form der Einkerbung (z. B. die Breite der Einkerb-Frequenzen) und die Mittenfrequenz der Kerbe sind beide durch Gewichtungsberechnungen innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 der 2 anpassbar. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss die Form der Einkerbung in den verschiedenen Kerbfiltern (d. h. die Kerbbreite oder die Durchlass-Bandbreite) nicht geändert werden, um eine Spurführung von annehmbaren Änderungen sicherzustellen, die in deren jeweiligen Eingangssignalen erwartet werden können. Die 5 und 6 stellen zusätzliche Details von zwei Ausführungsformen des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 der 2 dar. Das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 der 2 weist ein Netzwerk von digitalen Kerbfiltern und digitalen Bandpassfiltern zusammen mit geeigneten Adaptionsberechnungselementen auf, um die verschiedenen, digitalen Filter an Änderungen in den Biegetyp- und Verdrehtyp-Frequenzen anzupassen. Die verschiedenen, digitalen Filter sind kaskadiert, um eine schnelle Konvergenz der Filterparameter in Abhängigkeit von Änderungen in der Mittenfrequenz der jeweiligen Filter zu ermöglichen, während eine hoch akkurate, digitale Filterung der Signale beibehalten wird.
  • Allgemein wird ein Kerbfilter, der ein breites Frequenz-Ansprechverhalten besitzt (sogenanntes „niedriges Q"), in Verbindung mit einem schnellen, konjugierten Gradienten(Fast Conjugate Gradient – FCG) Algorithmus zum Anpassen der Koeffizienten des Filters verwendet. Diese Kombination wird hier auch als ein „FCG Filter" bezeichnet. Der FCG Filter verarbeitet ankommende Signale von dem linken und dem rechten Sensorkanal und konvergiert schnell zu einer Abschätzung der fundamentalen Frequenzen (sowohl Biegeals auch Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenzen). Die digitalen Kerbfilter und die digitalen Bandpassfilter werden dann so angepasst, um sich auf den geschätzten, fundamentalen Frequenzen zu zentrieren, abgeleitet von der FCG-Digital-Verarbeitung, um jede der zwei fundamentalen Frequenzen zu verstärken bzw. zu erhöhen. Der Rekursiv-Maximum-Wahrscheinlichkeits-(Recursive Maximum Likelihood – RML)-Algorithmus wird dann in Verbindung mit digitalen Filtern verwendet, die ein schmaleres Frequenz-Ansprechverhalten (sogenanntes „hohes Q") haben, um weiter das Ansprechverhalten der digitalen Kerbfilter und der Bandpassfilter zu verfeinern, um dadurch deren jeweilige Eingangssignale zu verstärken. Die RML-Filter bestimmen akkurat die Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen der Schwingungs-Durchflussröhren und legen diese Frequenzen an Ausgangspfade des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 für eine Weiterverarbeitung durch ein Druckberechnungselement 212 der 2 an.
  • Zusätzlich werden die Biegetyp-Frequenzen der Ausgangssignale sowohl des linken als auch des rechten Kanals, wie sie durch die Digital-Filtration innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 erhöht sind, an einen Goertzel-Filter innerhalb des Elements 204 für Phasenmessungsberechnungen angelegt. Phasenwerte der Sensorausgangssignale des linken und des rechten Kanals, entsprechend zu den Biegetyp-Schwingungen der Durchflussröhren, werden an Ausgangspfade des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 für eine weitere Verarbeitung durch das Δt-Berechnungselement 208 der 2 angelegt.
  • FREQUENZ/PHASE-FILTRATIONS-VERFAHREN – SUMME/DIFFERENZ BEVORZUGTER TYP:
  • 5 zeigt ein Blockdiagramm, das Details des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 beschreibt. Wie in 5 gezeigt ist, werden digitale Filter zweiter Ordnung in Verbindung mit einem „Summen/Differenz" Verfahren einer Isolierung der durch eine Biegetyp-Schwingung induzierten Signale, empfangen von den Sensoren des linken und des rechten Kanals auf Pfaden 254 und 256, jeweils, von den durch die überlagerte Verdrehtyp-Schwingung induzierten Signale verwendet. Das Summen/Differenz-Verfahren verwendet die bekannten Symmetrien der Biegetyp und Verdrehtyp-Schwingungen, um die zwei Schwingungstypen von den Signalen, empfangen auf den Pfaden 254 und 256, zu separieren. Die Verdrehtyp-Schwingungen der Durchflussröhren erscheinen an den Sensoren des linken und des rechten Kanals im Wesentlichen außerhalb der Phase, während die Biegetyp-Schwingung der Durchflussröhren im Wesentlichen in Phase auf den zwei Kanälen erscheint. Demzufolge wird, durch Aufsummieren der entsprechenden, abgetasteten Werte von dem linken und dem rechten Kanal, das erhaltene Signal in Bezug auf die Biegetyp-Schwingungen gefestigt, während die Komponenten von den Verdrehtyp-Schwingungen vermindert werden. Die aufsummierten Signalwerte sind solche, die eine starke Komponente in den Biegetyp-Schwingungs-Komponenten haben. Umgekehrt besitzt die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der zwei Kanäle (Signal des linken Kanals minus des Signals des rechten Kanals) eine starke Verdrehtyp-Komponente und eine verminderte Biegetyp-Komponente. Durch ein solches Separieren der zwei überlagerten Sinusformen kann eine Abschätzung der Frequenz jedes Schwingungstyps einfach für eine Kontrolle der verschiedenen, digitalen Kerbfilter und digitalen Bandpassfilter, verwendet dazu, die Signale zu verstärken, abgeleitet werden.
  • Die Sensorsignalwerte des linken Kanals werden auf dem Pfad 254 in 5 empfangen und die Sensorwerte des rechten Kanals werden auf dem Pfad 256 empfangen. Die zwei Werte werden durch eine Summier-Verbindung 504 aufsummiert und die erhaltene Summe (auch bezeichnet hier als L + R) wird an den Pfad 554 angelegt. Zusätzlich wird die Differenz zwischen den zwei Signalwerten durch die Summier-Verbindung 516 berechnet und die erhaltene Differenz (auch bezeichnet hier als L – R) wird an den Pfad 570 angelegt. Die Signalsumme, L + R, wird über den Pfad 554 an einen schnellen Konjugat-Gradienten-(fast conjugate gradient – FCG)-Filter 512 angelegt, der grob die Frequenz der Biegetyp-Schwingungen der Durchflussröhren abschätzt. Obwohl die Abschätzung eine grobe Abschätzung ist, und zwar aufgrund des Fehlens einer Filterung des Eingangssignals, konvertiert die Abschätzung des FCG-Filters 512 schnell in Abhängigkeit von Än derungen in der Biegetyp-Schwingungs-Frequenz. Die Abschätzung der Biegetyp-Frequenz des FCG-Filters 512 wird dann an den Pfad 560 angelegt.
  • Die Frequenzabschätzungen, wie sie durch die FCG- und RML-Filter berechnet sind, werden als ein Frequenzkoeffizient „a", der sich auf die Frequenz bezieht, abgeschätzt, wie in der Form: α = –2cos(ω TS)wobei ω die Frequenz ist und TS die (dezimierte) Abtastperiode ist. Diese Werte liegen in der Form vor, die notwendig ist, die Kerb- und Bandpassfilter zweiter Ordnung, verwendet in der bevorzugten Ausführungsform der 5 und in der Ausführungsform der 6, abzustimmen. Die Verwendung dieser Form vermeidet die häufige Benutzung von berechnungsmäßig komplexen, trigonometrischen Konversionen.
  • Die Signaldifferenz, L – R, wird über den Pfad 570 an den Kerbfilter 518 angelegt. Die Signaldifferenz L – R besitzt eine starke Frequenzkomponente in dem Verdrehtyp der Durchflussröhren und besitzt eine wesentlich verringerte Frequenzkomponente in dem Biegetyp. Der Kerbfilter 518 wird so eingestellt, um die Reste der Biegetyp-Schwingungs-Frequenz von dem L–R-Signal, angelegt an seinen Eingang, kerbmäßig herauszufiltern. Die Mittenfrequenz der Einkerbung wird als ein Parameter über den Pfad 560 von der abgeschätzten Frequenz, erzeugt durch den FCG-Filter 512, zugeführt. Die isolierte Verdrehtyp-Schwingungs-Komponente der Durchflussröhren wird als Ausgang von dem Kerbfilter 518 an den Pfad 568 angelegt.
  • Die Signalsumme L + R auf dem Pfad 554 wird auch an den Eingang eines Bandpassfilters 506 angelegt. Die Signalsumme L + R besitzt eine starke Frequenzkomponente in dem Biegetyp und eine wesentlich verringerte Frequenz-Verdrehtyp-Komponente. Der Bandpassfilter 506 führt einen Bereich von Frequenzen, zentriert um die Biegetypfrequenz herum, abgeschätzt durch den FCG-Filter 512 und angelegt an den Bandpassfilter 506 als einen Parameter über den Pfad 560 hindurch. Die isolierte Biegetyp-Komponente der Durchflussröhren wird als Ausgang von dem Bandpassfilter 506 an den Pfad 556 angelegt.
  • Der FCG-Filter 514 empfängt auf dem Pfad 568 die isolierte Verdrehtyp-Komponente, erzeugt durch den Kerbfilter 518. Der FCG-Filter 514 schätzt die Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenz ab und legt die Abschätzung an den Pfad 562 als deren Ausgang an. Diese Abschätzung der Verdrehtyp-Frequenz der Schwingungs-Durchflussröhren wird über den Pfad 562 als der Mitten-Frequenz-Parameter für den Kerbfilter 508 und für den Bandpassfilter 520 empfangen. Der Kerbfilter 508 erhöht weiterhin die Biegetyp-Komponente, empfangen über den Pfad 566, von dem Bandpassfilter 506 durch herauskerben von Resten der Verdrehtyp-Komponente in dem verstärkten Signal. Der Bandpassfilter 520 erhöht weiterhin die Verdrehtyp-Komponente, empfangen über den Pfad 568 von dem Kerbfilter 518, durch Herausfiltern von Frequenzen, andere als das schmale Band, zentriert um die Abschätzung des Verdrehtyps der Durchflussröhren herum. Mit anderen Worten verstärkt die Filter-Kette, die den Bandpassfilter 506 und den Kerbfilter 508 aufweist, die Biegetyp-Schwingungs-Frequenzkomponente in der Signal-Summe L + R, während die Filter-Kette, die den Kerbfilter 518 und den Bandpassfilter 520 aufweist, die Verdrehtyp-Frequenz-Komponente in der Signaldifferenz L – R erhöht. Alle Filter in diesen Filter-Ketten (506, 508, 518 und 520) werden schnell an Änderungen in den Frequenzen der Schwingungs-Durchflussröhren durch die FCG-Filter 512 und 514 angepasst. Die Definitionsgleichung aller Kerbfilter zweiter Ordnung ist vorzugsweise: y(k) = u(k) + au(k – 1) + u(k – 2) – αay(k – 1) – α2y(k – 2)wobei u die Eingabe-Abtastung ist, y die erhöhte Ausgabe-Abtastung ist, a der Debiasing-Parameter ist und a der Adaptionskoeffizient ist. Die Definitionsgleichung aller Bandpassfilter zweiter Ordnung ist vorzugsweise: y(k) = (α – 1)au(k – 1) + (α2 – 1)u(k – 2) – αay(k – 1) – α2y(k – 2)
  • Die Definitionsgleichung für die Bandpassfilter zweiter Ordnung kann auch in einer äquivalenten Matrix-Form beschrieben werden. Die Matrix-Form ist bei der Beschreibung (nachfolgend) des FCG-Filters nützlich. Für p unbekannte Koeffizienten, sind X und A(k) nachfolgend p und 1 Vektoren. Die Matrix-Form der Bandpassfilter zweiter Ordnung ist deshalb vorzugsweise: y(k) = A'(k)X + (α2 – 1)u(k – 2) – α2y(k – 2) wobei:X = [a], A(k) = [(α – 1)u(k – 1) – αy(k – 1)]
  • Der FCG-Algorithmus passt die Koeffizienten der Bandpass- und Kerbfilter an, um die Filter auf Änderungen in den Frequenzen der Schwingungstypen abzustimmen. Dieser Algorithmus wird ausgewählt, da er eine schnelle Konvergenz-Eigenschaft, eine numerische Stabilität und eine berechnungsmäßige Stabilität besitzt, verglichen mit anderen, bekannten, existierenden Algorithmen. Der FCG-Algorithmus passt die Gewichtungen an, um eine Fehlerfunktion des Filters, der adaptiert werden soll, zu minimieren. Die Fehlerfunktion, ausgedrückt in einer Matrix-Form, ist bevorzugt:
    Figure 00370001
    wobei y(i) mit dem am kürzesten vorher liegenden Koeffizienten Xn berechnet wird. Der FCG-Algorithmus kann durch den folgenden Satz von Gleichungen berechnet werden, wobei die Startwerte wie folgt sind: X0 = 0, Q0 = A0A'0, e0 = y0 – u0, g0 = A0e0, und d0 = –g0: ρn = Qndn
    Figure 00370002
    xn+1 = xn + yndn, Qn+1 = λQn + An+1A'n en+1 = yn+1 – un+1 gn+1 = λ(gn + ynρn) + en+1An+1
    Figure 00370003
    falls ||gn+1|| > ||gn||2, dann dn+1 = –gn+1, ansonsten dn+1 = –gn + βndn
  • In dem vorstehenden FCG-Algorithmus, zur Verwendung in dem FCG-Filter zweiter Ordnung, sind alle Parameter Skalare. Für Filter mit p unbekannten Koeffizienten ist Qn eine p mal p Matrix, und dn, gn und Xn sind p mal 1 Vektoren. Das e in den Gleichungen vorstehend ist ein kleiner Wert, der hinzugefügt ist, um die numerischen Probleme eines Teilens durch Null in bestimmten Fällen zu vermeiden. Solange wie der Wert klein ist, wird die Funktion des Algorithmus nicht wesentlich herabgesetzt.
  • Der FCG-Filter erzeugt eine Frequenz-Abschätzung an seinem Ausgang, verwendet dazu, die Frequenz der Kerb- und Bandpassfilter, auf die vorstehend Bezug genommen ist, zu zentrieren. Die Frequenz-Abschätzung wird bestimmt als:
  • Figure 00370004
  • Die Ausgänge der Verdreh- und Biege-Erhöhungs-Filter-Ketten werden dann an entsprechender RML-Filter 510 und 522 angelegt, um akkuratere Abschätzungen der Biegetyp- und Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenzen der Durchflussröhren zu berechnen. Insbesondere wird die erhöhte Abschätzung der Biegetyp-Schwingungs-Komponente, erzeugt als der Ausgang des Kerbfilters 508, an den RML-Filter 510 für eine abschließende Frequenz-Abschätzung angelegt. Ähnlich wird die erhöhte Abschätzung der Verdrehtyp-Schwingungs-Komponente, erzeugt als der Ausgang des Kerbfilters 520, an den RML-Filter 522 für eine abschließende Frequenz-Abschätzung angelegt. Die RML-Filter 510 und 522 liefern ausgezeichnete Frequenz-Abschätzungen deren jeweiliger Eingangssignale, da deren Eingänge durch Filter verstärkt worden sind, um nicht in Bezug stehende und unerwünschte Signalkomponenten zu eliminieren. Probleme, die einer langsameren Konvergenz des RML-Filtrations-Verfahrens zugeordnet sind, werden durch die Verstärkung der Signale, zugeführt als deren jeweilige Eingänge, vermieden.
  • Die RML-Filter arbeiten entsprechend den folgenden Gleichungen, spezifiziert in einer Skalar-Angabe, wo die Ausgangswerte ρ(0) = 0, ϕ(0) = 0, ē(0) = 0, ēF(0) = 0, uF(0) = 0, a(0) = 0 sind, und die ersten N Werte von a initialisiert werden unter Verwendung der Frequenz-Abschätzungen von dem FCG-Filter, und dann berechnet werden: y(n) = u(n) + u(n – 2) – α2ē(n – 2) – Φ(n)a(n – 1)
    Figure 00380001
    a(n) = a(n – 1) + ρ(n)x(n)y(n) ē(n) = u(n) + u(n – 2)-α2ē(n – 2) – Φ(n)a(n) ēF(n) = ē(n) – α2ēF(n – 2) – α2ēF(n – 1) – a(n) uF(n) = u(n) – α2uF(n – 2) – αuF(n – 1)a(n) Φ(n) = –u(n – 1) + αē(n – 1) x(n) = –uF(n – 1) + αēF(n – 1)
  • Die Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen werden dann als Ausgangswerte von dem Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 angelegt. Genauer gesagt wird die Verdrehtyp-Frequenz der Durchflussröhren, erzeugt als Ausgang des RML-Filters 522, an den Pfad 264 für eine weitere Verarbeitung angelegt. Zusätzlich wird die Biegetyp-Frequenz der Durchflussröhren, erzeugt als Ausgang des RML-Filters 510, an den Pfad 266 für eine weitere Verarbeitung angelegt.
  • Zusätzlich zu einer Isolation des Biege- gegenüber des Verdrehtyps und der Abschätzung deren jeweiligen Frequenzen, verstärkt bzw. erhöht das Frequenz/Phasen-Berechnungselement 204 die Biegetyp-Signale für jeden Kanal, um akkurate, sinusförmige Signaleingangswerte zu den Phasenberechnungen, durchgeführt durch das Goertzel-Filterelement 528, zu liefern. Insbesondere wird die Verdrehtyp-Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch den RML-Filter 522, über den Pfad 566 als der Mitten-Frequenz-Parameter angelegt, um die Kerbfilter 500 und 524 anzupassen. Ähnlich wird die Biegetyp-Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch den RML 510, über den Pfad 564 als der Mitten-Frequenz-Parameter angelegt, um die Bandpassfilter 502 und 526 anzupassen. Das nicht verstärkte Signal von dem linken Kanal, empfangen über den Pfad 554, wird an den Kerbfilter 500 angelegt, um eine Einkerbung der Frequenzen, präzise zentriert um die Verdrehtyp-Frequenz-Abschätzung, zu eliminieren. Der Ausgang des Kerbfilters 500 wird über den Pfad 550 an den Bandpassfilter 502 angelegt, der ein schmales Band von Frequenzen, präzise zentriert um die Biegetyp-Frequenz-Abschätzung herum, hindurchlässt. Der Ausgang des Bandpassfilters 502 wird an den Pfad 552 angelegt und stellt eine verstärkte Version des Biegetyp-Signals, erzeugt durch den Sensor des linken Kanals, dar. Ähnlich wird, für den rechten Kanal, der nicht verstärkte Signalwert des rechten Kanals an dem Pfad 556 empfangen, angelegt an den Kerbfilter 524, um die Verdrehtyp-Frequenzen zu entfernen, dann über den Pfad 574 an den Bandpassfilter 526 angelegt, um weiter das Signal durch Eliminieren, außer einem schmalen Band von Frequenzen, präzise zentriert um die Biegetyp-Frequenz, zu erhöhen. Der Ausgang des Bandpassfilters 526 wird an den Pfad 576 angelegt und stellt eine verstärkte Version des Biegetyp-Schwingungssignals, erzeugt durch den Sensor des rechten Kanals, dar.
  • Die Ansprechverhalten der verschiedenen Filter, gezeigt in 5, hängen von spezifischen Parameterwerten ab, die für die Filter entsprechend den Definitionsgleichungen, die vorstehend angegeben sind, ausgewählt sind. Empirische Studien haben ergeben, dass die folgenden Werte in Verbindung mit typischen Durchflussmesser-Biege- und Verdreh-Frequenzen effektiv sind.
  • Figure 00400001
  • Die verstärkten Biegetyp-Signale für die Sensoren sowohl des linken als auch des rechten Kanals werden über Pfade 522 und 576 jeweils an das Goertzel-Filter-Phasen-Berechnungselement 528 angelegt. Der Goertzel-Filter empfängt auch die Biegetyp-Frequenz-Abschätzung über den Pfad 564 von dem RML-Filter 510 und bestimmt die durchschnittliche Frequenz über die vorherige halbe Fensterperiode von Abtastungen. Wie vorstehend angeführt ist, wendet der Goertzel-Filter Gewichtungswerte bei jeder verstärkten Abtastung an und summiert die gewichteten Werte über die Anzahl von Abtastungen, erforderlich für ein Hanning-Fenster, auf. Die Goertzel-Filter-Berechnungen werden für die Sensorsignalwerte sowohl des linken als auch des rechten Kanals parallel durchgeführt. Die Goertzel-Filter-Berechnungen für den Sensorwert jedes Kanals führen zu einer komplexen Zahl, die für die Phase einer Sinusform, dargestellt durch die verstärkten Signalwerte des Kanals, indikativ ist. Die sich ergebenden, komplexen Zahlen, indikativ für die Phasen der Sensorsignale sowohl des linken als auch des rechten Kanals, werden an die Pfade 260 und 262 jeweils als Ausgänge des Goertzel-Filter-Phasen-Berechnungselements 528 angelegt.
  • Die 7–9 zeigen Flussdiagramme, die die Betriebsweise des DSP 1200 beim Durchführen der Summen/Differenz-Filtrations-Verfahren beschreiben. Die Verfahren, die in dem Flussdiagramm der 7–9 dargestellt sind, zeigen eine andere Ansicht der Funktionalität, die vorstehend unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm der 5 beschrieben ist. Die Flussdiagramme der 7–9 beschreiben die Architektur der Software, die mit dem DSP 1200 betreibbar ist. Die Elemente 700–720 der 7 beschreiben die Operation der ersten Phase (ersten Stufe) einer Filterung innerhalb des Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204. Insbesondere liefert diese erste Stufe Abschätzungen unter Verwendung von FCG-Filtrations-Verfahren sowohl der Biege- als auch der Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenzen. Das FCG-Filtrations-Verfahren liefert eine schnelle Abschätzung der Frequenzen, unter Vorgabe der Summen/Differenz-Werte, berechnet von Sensorausgangswerten des linken und des rechten Kanals. Die Elemente 722–742 der 8 beschreiben eine zweite Stufe einer Filtrations-Verarbeitung innerhalb des DSP 1200. Die zweite Stufe verstärkt die Biege- und Verdrehtyp-Frequenz-Abschätzungen, geliefert durch die erste Stufe, über die Verwendung von Kerbfiltern, von Bandpassfiltern und von RML-Filtrations-Verfahren. Schließlich verwenden die Elemente 744–754 der 9 die verstärkten Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen, um eine verstärkte Filtration der Sensorausgangswerte des linken und des rechten Kanals zu erzielen, um einen Druck innerhalb eines Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers zu berechnen und um eine Massendurchflussrate, gegeben durch die verstärkten Signalwerte für den linken und den rechten Kanal ebenso wie für die verstärkten Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen zu berechnen und zu korrigieren. Schließlich verwendet die dritte Stufe, dargestellt in 9, den Druckwert und den Massendurchflussratenwert, so abgeleitet für eine Kontrolle des spezifischen Anwendungsprozesses.
  • Das Element 700 initialisiert zwei Variable, verwendet dazu, die RML-Filtratons-Berechnungen zu modifizieren, wenn die FCG-Filtrations-Berechnungen bestimmen, dass die RML-Frequenz-Abschätzungen außerhalb eines erwünschten Bereichs liegen. Es ist bekannt, dass RML-Filtrations-Berechnungs-Techniken schlecht auf Änderungen in der Eingangsfrequenz konvergieren, wenn der abgeschätzte Wert außerhalb eines akzeptierbaren, erwarteten Bereichs fällt. Die Variablen werden beide auf eine Zählung von 100 Abtastungen initialisiert, um die RML-Filtrations-Berechnungen zu dem Beginn der Filtrations-Verfahren zu verzögern. Bis 100 Abtastungen verarbeitet worden sind, kann die FCG-Filtrations-Berechnung, die die abgeschätzten Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen erzeugt, nicht auf einer stabilisierten Abschätzung konvergieren, ausreichend akkurat, um die Benutzung des RML-Filters für eine abschließende Erhöhung bzw. Verstärkung der Frequenz-Abschätzungen zu ermöglichen. Während dieser Zeitperiode wird die Frequenz-Abschätzung des entsprechenden FCG-Filters verwendet, um den RML-Filter zu initialisieren. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung bringt den Startpunkt der RML-Adaption nahe zu der korrekten Frequenz, um dadurch eine schnelle Konvergenz der RML-Adaption sicherzustellen. Das Element 702 ist als nächstes betreibbar, um das verfügbare, abgetastete Signal-Paar des linken und des rechten Kanals zu erhalten. Die abgetasteten Signale werden an den Pfad 254 und 256 angelegt, wie dies in 2 dargestellt ist, und zwar durch Dezimierungs-Filter 202 der 2. Wie durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet erkannt werden wird, wird das Abtast-Signal-Paar unter den Verfahren der vorliegenden Erfindung von einem FIFO oder einem Memory-Speicherfeld aufgesucht, in dem die dezimierten Abtast-Werte gespeichert sind.
  • Das Element 704 berechnet als nächstes die Summe der Abtastwerte des linken und des rechten Kanals, aufgesucht durch das Element 702. Wie vorstehend angeführt ist, eliminiert, da die Biegetyp-Schwingungen zwischen den Signalen des linken und des rechten Kanals im Wesentlichen in Phase zueinander sind, und die Frequenzen der Verdrehtyp-Schwingungen im Wesentlichen um 180° außerhalb der Phase sind, die Summe der Abtastwerte des linken und des rechten Kanals im Wesentlichen die Verdrehtyp-Frequenz-Komponente der aufsummierten Signale, während die Biegetyp-Frequenz-Komponente der aufsummierte Signale verstärkt wird. Die Summe der zwei Kanal-Signale besitzt deshalb eine starke Frequenz-Komponente in der Biegetyp-Frequenz und eine wesentlich verringerte Frequenz-Komponente in der Verdrehtyp-Frequenz.
  • Das Element 706 ist als nächstes so betreibbar, um die Biege-Frequenz von der Summe der Signale des linken und des rechten Kanals über die Verwendung eines FCG-Filtrations-Verfahrens abzuschätzen. Das Element 708 ist als nächstes so betreibbar, um zu bestimmen, ob die FCG- und RML-Filter-Frequenz-Abschätzungen ausreichend nahe zueinander sind. Der adaptive FCG-Filter konvergiert sehr viel schneller als der entsprechende RML-Filter, insbesondere dann, wenn der Frequenzfehler groß ist. Demzufolge kann, falls sich die Frequenz-Abschätzungen stark unterscheiden, angenommen werden, dass die FCG-Abschätzung eine bessere Annäherung der momentanen Frequenz ist als die verstärkte RML-Abschätzung. Unter diesen Bedingungen kann eine Konvergenz des RML-Filters durch Bringen des RML-Filters dazu, die FCG-Filter-Frequenz-Abschätzung nach zu fahren (zu verwenden), beschleunigt werden. Die DELAY_RML_BEND Variable ist ein Zählerwert, eingestellt so, um die RML-Filter-Frequenz-Abschätzungen „anzuhängen". Während die RML-Filter-Abschätzungen so anhängig sind, verbleiben die RML-Filter-Frequenz-Abschätzungsberechnungen nahe zu der korrekten Frequenz aufgrund der durch den FCG-Filter abgeschätzten Frequenz beim Initialisieren der RML-Filter- Berechnungen. Wenn die RML-Filter-Verarbeitung dahingehend zugelassen wird (nachdem sich der DELAY_RML_BEND Zähler auf Null erniedrigt), die abgeschätzte Frequenz, berechnet durch den RML-Filter, anzunehmen, wird sich der Filter schnell auf einen akkurateren, abgeschätzten Frequenzwert hin korrigieren. Um zu bestimmen, ob die FCG- und RML-Frequenz-Abschätzungen ausreichend nahe zueinander sind, wurde herausgefunden, dass der nachfolgende Test nützlich ist: |1 – (π + 2 cosωFCG)/(π + 2 cosωRML)| ≤ 0,01
  • Es wird durch einen Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet erkannt werden, dass irgendein Wert verwendet werden kann, um die Verwendung der RML-Filtrations-Berechnungen zu verzögern (anhängig zu gestalten). Empirisch ist herausgefunden worden, dass eine Verzögerung für 100 Abtastungen eine ausreichende Zeit liefert, um eine Stabilisierung der FCG-Filtrations-Berechnungs-Abschätzungen der Biege-Frequenz sicherzustellen, bevor eine RML-Filtration die abgeschätzte Biege-Frequenz verwendet, wie dies nachfolgend diskutiert wird. Zusätzlich wird ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet erkennen, dass andere Ungleichmäßigkeits-Tests verwendet werden können, um zu bestimmen, ob der RML-Filter-Ausgang nahe genug zu der FCG-Filter-Abschätzung ist, um verwendbar zu sein. Variationen, die sich auf spezifische Anwendungen oder Durchflussmesser-Designs beziehen, werden durch Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet erkannt werden.
  • Das Element 712 ist als nächstes so betreibbar, um die Differenz zwischen dem Signalwert des linken und des rechten Kanals zu berechnen. Wiederum wird, aufgrund der Phasenbeziehungen der Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen, wie dies vorstehend angeführt ist, die Differenz zwischen den zwei Abtastsignalen eine verstärkte Frequenz-Komponente in der Verdrehtyp-Frequenz und eine wesentlich verringerte Frequenz-Komponente in der Biegetyp-Frequenz haben. Das Element 714 ist dann so betreibbar, um den Differenz-Signalwert einzukerben, um irgendwelche Reste in der Biegetyp-Frequenz zu eliminieren. Mit anderen Worten verstärkt das Element 714 in gewisser Weise den Signalwert, berechnet als die Differenz zwischen dem Signalwert des linken und des rechten Kanals. Das Element 716 ist als nächstes so betreibbar, um den Verdrehtyp-Frequenzwert unter Verwendung einer FCG-Filtrations-Berechnung, angewandt auf den Differenzwert, wie er durch den Kerbfilter des Elements 714 verstärkt ist, abzuschätzen.
  • Die Elemente 718 und 720 sind in einer Art und Weise analog zu den Elementen 708 und 710, diskutiert vorstehend, betreibbar. Genauer gesagt bestimmt das Element 718, ob die Verdrehtyp-Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch die FCG-Filtrations-Berechnung des Elements 716, und die Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch die RML-Filtrations-Berechnung, zu weit voneinander für eine schnelle Konvergenz der RML-Filter-Berechnungen getrennt sind. Falls dies der Fall ist, ist das Element 720 als nächstes so betreibbar, um die Verzögerungs-Zähler-Variable zurückzusetzen, um eine weitere Verzögerung der Verwendung der RML-Filtrations-Berechnungen aufzuerlegen. In jedem Fall fährt eine Verarbeitung in 8 mit der zweiten Stufe einer Filtratrions-Verarbeitung fort.
  • Das Element 722 der 8 wendet eine Bandpass-Filtrations-Berechnung auf die Summe, bestimmt vorstehend durch die Operation des Elements 704, an. Ein Frequenzband, zentriert um die abgeschätzte Biege-Frequenz, erzeugt durch Betreiben des Elements 706, wird durch den Betrieb der Bandpassfilterung hindurchgeführt. Das Element 724 ist als nächstes so betreibbar, um weiterhin die Biegetyp-Frequenz durch Anwenden eines Kerbfilters zu erhöhen, um weiter Reste der Verdrehtyp-Frequenz in der teilweise erhöhten Biegetyp-Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch die Operation des Elements 722, zu eliminieren. Das Element 726 ist als nächstes so betreibbar, um eine erhöhte Abschätzung der Biegetyp-Frequenz unter Verwendung der RML-Filter-Technik zu erzeugen. Unter Verwendung einer erhöhten Version der Biegetyp-Schwingungssignale als Eingang, erzeugt das Element 726 eine akkuratere Abschätzung der Biegetyp-Frequenz als dies das Element 706, diskutiert vorstehend, tut.
  • Die Elemente 728–732 sind so betreibbar, um zu bestimmen, ob der Koeffizient von Berechnungen, angewandt in der RML-Filtration, entsprechend dem Wert des Verzögerungs-Zeichens, eingestellt durch Operation des Elements 710 und des Elements 700, zurückgesetzt werden muss. Genauer gesagt ist das Element 728 so betreibbar, um zu bestimmen, ob der Verzögerungs-Zähler-Wert, eingestellt durch Operation der Elemente 710 oder 700, nicht Null ist. Falls der Verzögerungs-Zähler-Wert nicht Null ist, sind die Elemente 730 und 732 als nächstes so betreibbar, um den RML-Filtrations-Berechnungs-Koeffizienten auf den abgeschätzten Koeffizienten, geliefert durch die FCG-Filtrations-Operation an dem Element 706 vorstehend, zurückzusetzen. Das Element 732 ist so betreibbar, um den Verzögerungs-Zähler-Wert zu erniedrigen, um anzuzeigen, dass der RML-Koeffizient, verwendet in den RML-Filtrations-Berechnungen, für eine Abtastperiode verzögert worden ist.
  • Die Elemente 734–742 sind in einer Art und Weise ähnlich zu den Elementen 722-732 vorstehend betreibbar, um die Verdrehtyp-Komponente der gefühlten Signale zu erhöhen. Insbesondere wendet das Element 734 einen Bandpassfilter auf den Differenzwert, berechnet durch die Elemente 712–714 vorstehend, an. Die Bandpassfilterung führt ein schmales Band von Frequenzen, zentriert um die abgeschätzte Verdreh-Frequenz herum, berechnet durch Operation des Elements 716 vorstehend, hindurch. Das Element 736 ist als nächstes so betreibbar, um eine erhöhte Abschätzung der Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenz, unter Verwendung der ausreichend bekannten RML-Filter-Technik, zu erzeugen. Unter Verwendung einer verstärkten Version des Verdrehtyp-Signals als Eingang, erzeugt das Element 736 eine akkuratere Abschätzung als dies das Element 716, das vorstehend diskutiert ist, tut.
  • Die Elemente 738–742 sind dann so betreibbar, um zu bestimmen, ob der RML-Filtrations-Berechnungs-Koeffizient entsprechend dem Verzögerungs-Zähler-Wert, eingestellt durch die Operation des Elements 720 oder 700 vorstehend, eingestellt werden muss. Insbesondere ist, falls der Verzögerungs-Zähler-Wert nicht Null ist, das Element 740 so betreibbar, um den RML-Filtrations-Berechnungs-Koeffizienten auf den abgeschätzten Koeffizienten, geliefert durch den Betrieb der FCG-Filtrations-Berechnung, durchgeführt durch die Operation des Elements 716 vorstehend, einzustellen. Das Element 742 ist dann so betreibbar, um den Verzögerungs-Zähler-Wert zu verringern, um anzuzeigen, dass der RML-Koeffizient für eine zusätzliche Abtastperiode zurückgesetzt worden ist. In jedem Fall fährt eine Verarbeitung dann mit der dritten Stufe einer Filtrations-Operation, dargestellt in 9, fort.
  • Die dritte Stufe einer Filtration, dargestellt durch Elemente 744–762 der 9, verwendet die verstärkten Verdrehtyp- und Biegetyp-Schwingungs-Frequenz-Werte, um die Biegetyp-Schwingungs-Frequenz-Komponente des linken und des rechten Kanals zu erhöhen. Die verschiedenen, erhöhten Signalwerte werden dann in der dritten Stufe einer Verarbeitung verwendet, um den Druck innerhalb des arbeitenden Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers zu bestimmen und um die korrigierte Massendurchflussrate als eine Funktion der verstärkten Abtastwerte des linken und des rechten Kanals und des berechneten Drucks innerhalb des Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers zu bestimmen.
  • Insbesondere ist das Element 744 zuerst so betreibbar, um die Verdreh-Frequenzsignale von den Signalwerten des linken Kanals kerbenmäßig herauszunehmen, und dann das Biege-Frequenzsignalband von dem erhöhten Signalwert des linken Kanals hindurchzuführen. Die Operation des Elements 744 entspricht dem Kerbfilter 500 und dem Bandpassfilter 502, gezeigt in 5. Das Element 746 ist ähnlich betreibbar, um die Biegetyp-Frequenz-Komponente des Signalwerts des rechten Kanals zu erhöhen. Eine Operation des Elements 744 entspricht derjenigen des Kerbfilters 524 und des Bandpassfilters 526 der 5.
  • Obwohl es erscheinen kann, dass die Kombination der Bandpassfiltratrion und der Kerbfiltration in Filter-Ketten, wie beispielsweise den Elementen 500 und 502 der 5, in ihrer Art redundant sein kann, wird ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet leicht erkennen, dass einfache Bandpassfilter zweiter Ordnung ungeeignet sein können, um ausreichend ein Rauschen und andere Signale außerhalb des ausgewählten Bands zurückzuweisen. Insbesondere ist es schwierig, eine effiziente Dämpfung der Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenz mit einer annehmbaren Filterbandbreite zu erreichen. Aus diesen Gründen erfordert der beste, derzeit bekannte Typ einer Umsetzung der Erfindung die Kombination einer Bandpassfilterung und einer Kerbfilterung in Filter-Ketten, um ausreichend die erwünschten Signale zu verstärken.
  • Die Elemente 748 und 750 aktualisieren die Berechnungen des Goertzel-Filters und Mitteln die abgeschätzten Frequenzen für jede diskrete (dezimierte und erhöhte) Abtastung. Insbesondere aktualisiert das Element 748 die fortlaufende Goertzel-Filter-Berechnung für die Abtastungen in dem vorliegenden Hanning-(Halb)-Fenster durch Multiplizieren der verstärkten Abtastwerte des linken und des rechten Kanals durch den geeigneten Hanning-Fenster-Gewichtungswert. Dieser Wert wird dann in die andauernde DTFT-Berechnung für das vorliegenden Hanning-(Halb)-Fenster eingeschlossen, um den Wert, indikativ für die Phase, verwendet in den darauffolgenden Berechnungen, zu erzeugen. Das Element 750 aktualisiert die fortlaufende Berechnung einer durchschnittlichen Frequenz für jeden Schwingungstyp der schwingenden Durchflussröhren. Um die Verwendung von berechnungsmäßig komplexen, inversen, trigonometrischen Funktionen zu minimieren, werden die tatsächlichen Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen nur einmal jede halbe Fensterperiode berechnet, sogar obwohl die RML-Filter, die verwendet sind, um die Biege- und Verdrehtyp-Frequenzen nachzuführen, Abschätzungen für jede (verringerte) Abtastung erzeugen. Wie vorstehend angeführt ist, stellen die RML-Filter, deren jeweiligen Frequenz-Abschätzungen in der Form von Filter-Koeffizienten, die zu der Frequenz durch die Formel in Bezug gesetzt sind, dar: A = –2cos(ωTS)wobei ω die Frequenz ist und TS die verringerte Abtastfrequenz ist. Abschätzungen der Biege- und Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenzen werden jede Hanning-Halb-Fenster-Periode durch Berechnen des Durchschnittswerts des für die Frequenz repräsentativen Koeffizienten „a" über die vorherige Halb-Fenster-Periode berechnet und in die Formel eingesetzt: ω = cos–1(–a/2)TS
  • Das Element 750 bestimmt deshalb den Durchschnittswert für diesen für die Frequenz repräsentativen Koeffizienten für sowohl die Biege- als auch die Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenz-Abschätzungen.
  • Das Element 752 ist so betreibbar, um zu bestimmen, ob diese bestimmte (verringerte oder verstärkte) Abtastung die Verarbeitung der Abtastung in der momentanen Hanning-Halb-Fenster-Periode vervollständigt. Falls dies nicht der Fall ist, geht die Verarbeitung schleifenmäßig zurück zu dem Element 702 (mit dem Hinweiszeichen „A"), um auf die nächste Abtastung zu warten. Ansonsten fährt die Verarbeitung mit Elementen 754-762 fort, um die Verarbeitung der momentanen Hanning-Halb-Fenster-Periode abzuschließen.
  • Das Element 754 berechnet den Δt-Wert als eine Funktion („f") der Werte, erzeugt durch die Goertzel-Filter, über das vergangene (gerade abgeschlossene) Hanning-Fenster. Wie vorstehend angeführt ist, erzeugt der Goertzel-Filter eine komplexe Zahl, indikativ für die Phase jedes der Sensorausgänge für sowohl den linken als auch den rechten Kanal. So, wie es im Stand der Technik bekannt ist, kann die Phase der Abtast-Signal-Werte dazu verwendet werden, den Δt-Wert zu bestimmen, der, wiederum, proportional zu der Massendurchflussrate des Materials ist, das in den Durchflussröhren des Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessers fließt.
  • Das Element 756 bestimmt als nächstes den Druck innerhalb der Durchflussröhre als eine Funktion („g") der Abschätzungen der verstärkten, gemittelten Frequenz der Biege- und Verdrehtyp-Schwingungen der Durchflussröhren. So, wie es vorstehend angeführt ist, ist das Verhältnis der Verdreh-Frequenz zu der Biege-Frequenz proportional zu dem Druck innerhalb der Durchflussröhren eines arbeitenden Massendurchflussmessers. Das Element 758 ist dann so betreibbar, um eine korrigierte Massendurchflusstate, gemittelt über die vergangene (gerade abgeschlossene) Hanning-Fenster-Periode, als eine Funktion („h") von Δt und von Druckwerten, die vorstehend berechnet sind, zu berechnen. Wie in zusätzlichem Detail nachfolgend diskutiert ist, wird die korrigierte Massendurchflussrate als ein iterativer Prozess basierend auf der nicht korrigierten Massendurchflussrate und verschiedenen Korrekturfaktoren berechnet (grundsätzlich befinden sich darunter die Druck-Korrektur, bestimmt entsprechend den Lehren dieser Erfindung).
  • Das Element 760 ist dann für irgendeine Verarbeitung repräsentativ, die die korrigierte Massendurchflussrate oder die Druckberechnungen per se verwendet, um den Status eines Prozesses zu bestimmen oder zu steuern. Diese Verwendung kann irger deine nützliche Anwendung einer korrigierten Massendurchflussrate oder eines Drucks per se, abgeleitet von den Verfahren der vorliegenden Erfindung, darstellen.
  • Schließlich ist das Element 762 so betreibbar, um die Berechnungen, durchgeführt vorstehend durch die Elemente 748 und 750, zurückzusetzen, die über die Periode eines Hanning-Fensters betreibbar sind. Genauer gesagt werden die durch den Goertzel-Filter gewichteten, Bemittelten und durchschnittlichen Frequenz-Berechnungen in Vorbereitung für den Start der nächsten Hanning-Fenster-Periode zurückgesetzt. Eine Verarbeitung wird dann für dieses Hanning-Fenster abgeschlossen, und die Verfahren fahren fort durch schleifenmäßiges Zurückgehen zu dem Element 702 (mit dem Kennzeichen „A"), um auf die Verfügbarkeit einer anderen, dezimierten Abtastung zu warten.
  • FREQUENZ/PHASEN-FILTRATIONS-VERFAHREN – FILTER-VERFAHREN VIERTER ORDNUNG:
  • 6 stellt ein zusätzliches Detail einer alternativen Ausführungsform eines Frequenz/Phasen-Berechnungselements 204 dar, das eine Funktion eines FCG-Filters vierter Ordnung verwendet, um Annäherungen bzw. Abschätzungen von sowohl den Biegetyp- als auch den Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenzen der Durchflussröhren zu erzielen. Zusätzlich zu einer Erzeugung von Frequenzabschätzungen liefert der FCG-Filter vierter Ordnung eine bestimmte Erhöhung bzw. Verstärkung des Eingangssignals. Die Ausführungsform des FCG vierter Ordnung besitzt einen Vorteil gegenüber der am besten be kannten Summen/Differenzverfahren, dargestellt vorstehend, dahingehend, dass der FCG-Filter vierter Ordnung weniger empfindlich auf irgendeine Unausgeglichenheit zwischen den Sensor-Ausgangssignalen des linken und des rechten Kanals ist. Allerdings ist der FCG-Filter vierter Ordnung etwas komplexer berechnungsmäßig. Empirische Testergebnisse haben bestimmt, dass in einer praktischen Anwendung der Summen/Differenzverfahren, die vorstehend präsentiert sind, die potentielle Unausbalanciertheit der Sensorsignale des linken und des rechten Kanals nicht die Ergebnisse der Frequenzabschätzungen und der Signalverstärkung beeinflussen. Die zusätzliche Komplexität des FCG-Filters vierter Ordnung ist deshalb nicht erforderlich, um eine Messungsgenauigkeit für Druck- oder Massendurchflussraten zu verbessern.
  • Der verstärkte Ausgang des FCG-Filters vierter Ordnung wird bei jeder der zwei Filterketten angewandt, um die Biegetyp- und Verdrehtyp-Schwingungs-Differenzen der Durchflussröhren zu isolieren und weiter zu verstärken. Jede Filterkette weist einen Kerbfilter auf, der das am moderatesten verstärkte Ausgangssignal des FCG-Filters vierter Ordnung aufnimmt und dessen Ausgang an einen kettenmäßigen Bandpassfilter angelegt wird. Der Ausgang des Bandpassfilters jeder Filterkette wird an einen RML-Filter zweiter Ordnung angelegt, um die Verstärkung jedes isolierten Frequenzsignals anzuschließen. Ein zusätzliches Paar von Filterketten ist den Kanälen des linken und des rechten Sensors zugeordnet, um die Signale, davon erzeugt durch die Biegetyp-Schwingungen der Durchflussröhren, zu verstärken. Das verstärkte Signal für die Sensoren sowohl des linken als auch des rechten Kanals werden dann an ein Goertzel-Filter-Phasen-Berechnungselement 528 angelegt, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert ist.
  • Ein FCG-Filter 600 vierter Ordnung nimmt die Signalwerte des linken Kanals von dem Pfad 254 auf. Der FCG 600 vierter Ordnung berechnet Frequenzabschätzungen für die zwei stärksten Signale (Sinuskurven mit der höchsten Amplitude) in seinen Eingangsdaten. Die niedrigere der zwei abgeschätzten Frequenzen wird dahingehend angenommen, dass sie die Biegetyp-Frequenz ist, und die höhere der zwei abgeschätzten Frequenzen wird dahingehend angenommen, dass sie die Verdrehtyp-Frequenz ist. Der FCG 600 vierter Ordnung liefert dadurch eine Abschätzung der Frequenz der Biegetyp-Schwingungen der Durchflussröhren und legt diese Abschätzung an den Pfad 652 an. Der FCG Filter 600 vierter Ordnung liefert auch dadurch eine Abschätzung der Verdrehtyp- Frequenz und legt diese Abschätzung an den Pfad 654 an. Schließlich liefert der FCG-Filter 600 vierter Ordnung die beste Verstärkung des Eingangssignals von dem Pfad 254, um Rauschsignale außerhalb der zwei starken Komponenten zu eliminieren, und legt das verstärkte Signal an den Pfad 650 an.
  • Die Definitionsgleichungen aller Kerb- und Bandpassfilter zweiter Ordnung und der RML-Filter sind so, wie dies vorstehend angeführt ist. Die Definitionsgleichung des Bandpassfilters vierter Ordnung in skalarer Form ist vorzugsweise: y(k) = (α – 1)x(1)u(k – 1) + (α2 – 1)x(2)u(k – 2) + (α3 – 1)x(1)u(k – 3) + (α4 – 1)u(k – 4)– αx(1)y(k – 1) – α2x(2)y(k – 2) – α3x(1)y(k – 3) – α4y(k – 4)wobei u das Eingangssignal ist, y das verstärkte Ausgangssignal ist, a der Debiasing-Parameter ist, und x(1) und x(2) die adaptierenden Koeffizienten x(1) = a + b, x(2) = 2 + ab sind. Die Definitionsgleichung kann auch in einer äquivalenten Matrixform geschrieben werden als: y(k) = A'(k)X + (α4 – 1)u(k – 4) – α4y(k – 4) wobei:
  • Figure 00500001
  • Der FCG-Filter 600 vierter Ordnung erzeugt zwei Frequenzabschätzungen an seinen Eingängen, verwendet dazu, die Frequenz der verschiedenen Kerb- und Bandpassfilter, auf die in 6 Bezug genommen ist, zu zentrieren. Die Frequenzabschätzungen sind bestimmt als:
  • Figure 00500002
  • Alternativ kann der FCG-Filter 600 vierter Ordnung seinen Eingang von den Sensorwerten des rechten Kanals, zugeführt auf den Pfad 256, aufnehmen. Ein Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet wird leicht die Äquivalenz der zwei Eingangsoptionen in Bezug auf die Operation des FCG-Filters 600 vierter Ordnung erkennen.
  • Eine erste Filterkette isoliert weiterhin die Biegetyp-Frequenz-Komponente in dem Signal, angelegt an den Eingangspfad 650, und verstärkt sie. Der Kerbfilter 602 nimmt zuerst Frequenzen, zentriert um die abgeschätzte Verdrehtyp-Sequenz herum, berechnet durch das Element 612, kerbenmäßig heraus. Der Ausgang des Kerbfilters 602 wird über den Pfad 656 an den Bandpassfilter 604 angelegt, um ein schmales Frequenzband, zentriert um die abgeschätzte Biegetyp-Frequenz herum, berechnet durch das Element 600, durchzulassen. Der Ausgang des Bandpassfilters 604 wird über den Pfad 658 an den RML Filter 606 zweiter Ordnung angelegt, um die abschließende Abschätzung der Biegetyp-Frequenz zu bilden. Diese abschließende Frequenz-Abschätzung wird dann an den Pfad 266 angelegt.
  • Eine zweite Filterkette isoliert weiterhin die Verdrehtyp-Schwingungs-Frequenz-Komponente in dem Signal, angelegt an den Eingangspfad 650, und verstärkt sie. Der Kerbfilter 608 nimmt kerbenmäßig die Frequenzen, zentriert um die abgeschätzte Biegetyp-Schwingungs-Frequenz herum, berechnet durch das Element 606, heraus. Der Ausgang des Kerbfilters 608 wird über den Pfad 660 an den Bandpassfilter 610 angelegt, um ein schmales Frequenzband, zentriert um die abgeschätzte Verdrehtyp-Frequenz herum, berechnet durch das Element 600, hindurchzulassen. Der Ausgang des Bandpassfilters 610 wird über den Pfad 662 an den RML-Filter 612 zweiter Ordnung angelegt, um eine abschließende Abschätzung der Verdrehtyp-Frequenz zu bilden. Die abschließende Frequenz-Abschätzung wird dann an den Pfad 264 angelegt.
  • Die Biegetyp-Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch den FCG-Filter 600 vierter Ordnung und angelegt an den Pfad 652, wird durch den Bandpassfilter 604 aufgenommen, um die Mittenfrequenz des Durchlassbands des Filters anzupassen. Ähnlich wird die Verdrehtyp-Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch den FCG-Filter 600 vierter Ordnung, und angelegt an den Pfad 654, durch den Bandpassfilter 610 aufgenommen, um die Mittenfrequenz des Durchlassbands des Filters anzupassen. Die präzise Biegetyp-Frequenz der Durchflussröhren, erzeugt durch den RML-Filter 606 zweiter Ordnung und angelegt an den Pfad 266, wird durch den Kerbfilter 608 aufgenommen, um die Mittenfrequenz des Kerbfilters anzupassen. Ähnlich wird die präzise Verdrehtyp-Frequenz der Durchflussröhren, erzeugt durch den RML-Filter 612 zweiter Ordnung und angelegt an den Pfad 264, durch den Kerbfilter 602 aufgenommen, um die Mittenfrequenz des Kerbfilters anzupassen.
  • Ein zweites Paar von Filterketten wird dazu verwendet, die Biegetyp-Frequenz für die Sensorsignale sowohl des linken als auch des rechten Kanals zu isolieren und zu ver stärken. Der Kerbfilter 614 nimmt die nicht verstärkten Signalwerte des Sensors des linken Kanals auf dem Pfad 254 auf und filtert Frequenzen innerhalb einer Einkerbung, zentriert an der präzisen Verdrehtyp-Frequenz, zugeführt über den Pfad 264 von dem RML-Filter 612 zweiter Ordnung, heraus. Das verstärkte Signal, erzeugt durch den Kerbfilter 614, wird über den Pfad 664 an den Bandpassfilter 616 angelegt. Der Bandpassfilter 616 lässt ein schmales Band von Frequenzen, zentriert um die präzise Biegetyp-Schwingungs-Frequenz, zugeführt über den Pfad 266, von dem RML-Filter 606 zweiter Ordnung, hindurch. Der verstärkte Signalausgang durch den Bandpassfilter 616 stellt das Biegetyp-Signal der Sensorsignalwerte des linken Kanals dar und wird über den Pfad 666 an das Goertzel-Filterelement 528 in einer Art und Weise ähnlich zu derjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert ist, angelegt.
  • Eine ähnliche Filterkette verarbeitet die Sensorsignalwerte des rechten Kanals. Ein Kerbfilter 618 nimmt die nicht verstärkten Sensorsignalwerte des rechten Kanals auf dem Pfad 256 auf und filtert Frequenzen innerhalb einer Kerbe, zentriert an der präzisen Verdrehtyp-Frequenz, zugeführt über den Pfad 264 von dem RML-Filter 612 zweiter Ordnung, heraus. Das verstärkte Signal, erzeugt durch den Kerbfilter 618, wird über einen Pfad 668 an den Bandpassfilter 620 angelegt. Der Bandpassfilter 620 lässt ein schmales Band von Frequenzen, zentriert um die präzise Biegetyp-Frequenz herum, zugeführt über den Pfad 266 von dem RML-Filter 606 zweiter Ordnung, hindurch. Der verstärkte Signalausgang durch den Bandpassfilter 620 stellt das Biegetyp-Signal der Sensorsignalwerte des rechten Kanals dar und wird über den Pfad 670 an das Goertzel-Filterelement 528 in einer Art und Weise ähnlich zu derjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert ist, angelegt.
  • Die Ansprechverhalten der verschiedenen Filter, dargestellt in 6, hängen von den spezifischen Parameterwerten ab, die für die Filter ausgewählt sind, und zwar entsprechend den Definitionsgleichungen, die vorstehend angegeben sind. Empirische Studien haben herausgefunden, dass die folgenden Werte effektiv in Verbindung mit typischen Biege- und Verdrehfrequenzen eines Durchflussmessers sind.
  • Figure 00530001
  • Es ist wichtig anzumerken, dass die Frequenzabschätzungen, erzeugt durch die RML-Filterelemente 606 und 612, in einer reziproken Rückführ-Anordnung verwendet werden. Mit anderen Worten wird die Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch das RML-Filterelement 606, dazu verwendet, den Kerbfilter 608 zu steuern, der den Eingang des RML-Filters 612 filtert. Umgekehrt wird die Frequenz-Abschätzung, erzeugt durch das RML-Filterelement 612, dazu verwendet, den Kerbfilter 602 zu steuern, der den Eingang zu dem RML-Filter 606 filtert.
  • Eine geeignete Konvergenz dieses quer-gekoppelten Systems wird in zwei Arten und Weisen sichergestellt. Zuerst werden die Bandpassfilter 604 und 610 unter Verwendung des Ausgangs des FCG-Filters 600 vierter Ordnung abgestimmt. Dies liefert eine starke Dämpfung einer nicht erwünschten Komponenten für jede Filterkette (d. h. Entfernen der Verdrehtyp-Frequenz für die Filterkette, umfassend den RML-Filter 606, und Entfernen der Biegetyp-Frequenz in der Filterkette, umfassend den RML-Filter 612). Die Kerbfilter 602 und 608 dämpfen weiterhin die nicht erwünschten Komponenten. Als zweites wird, falls sich die RML-Frequenz-Abschätzungen wesentlich von den entsprechenden Typ-Frequenz-Abschätzungen, erzeugt durch den FCG-Filter 600 vierter Ordnung, unterscheiden, der jeweilige RML-Filter (606 und 612) unter Verwendung der entsprechenden FCG-Filter-Abschätzung in einer Art und Weise analog zu derjenigen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Summen-Differenz-Verfahren beschrieben sind, initialisiert. Diese Initialisierung ist durch eine unterbrochene Linie, verlängert zu den RML-Filtern (606 und 612) von dem FCG-Filter 600 vierter Ordnung, angezeigt.
  • Das Goertzel-Filter-Phasen-Berechnungselement 528 nimmt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert ist, die verstärkten Signale auf, die die Biegetyp- Schwingungs-Bewegung der Sensoren des linken und des rechten Kanals darstellen, und bestimmt die Phase der Sinuskurve des Signals jedes Kanals. Die Phase jedes Kanals, dargestellt durch eine komplexe Zahl, bestimmt durch Aufsummieren der Abtastwerte unter Steuerung der Hanning-Fenster-Gewichtungen, werden an die Pfade 260 und 262 für eine weitere Verarbeitung durch das Δt-Berechnungselement 212 der 2 angelegt.
  • FREQUENZ-VERHÄLTNIS-KOMPENSATION
  • Verfahren der vorliegenden Erfindung, die vorstehend diskutiert sind, werden angewandt, um akkurat die Biegetyp-Frequenz und die Verdrehtyp-Frequenz der schwingenden Durchflussröhren zu bestimmen. Das Verhältnis des Verdrehtyps zu dem Biegetyp kann dazu verwendet werden, einen Druck innerhalb der Durchflussröhren zu bestimmen, wie dies vorstehend diskutiert ist. Allerdings wird, wie vorstehend angeführt ist, das Frequenzverhältnis durch andere Parameter des Durchflussmessers beeinflusst. Diese anderen Faktoren können dazu verwendet werden, das Frequenzverhältnis durch ausreichend bekannte Kalibrierungstechniken zu kompensieren. Das kompensierte Frequenzverhältnis kann dann dazu verwendet werden, um akkurat den Druck innerhalb der Durchflussröhren des Massendurchflussmessers zu bestimmen.
  • Das grobe Frequenzverhältnis FRRAW wird periodisch bestimmt, wie dies vorstehend diskutiert ist, als das Verhältnis der Verdrehtyp-Frequenz gegenüber der Biegetyp-Frequenz der schwingenden Durchflussröhren. FRRAW wird durch Anwenden von Kompensationsberechnungen für ein physikalisches Befestigen, die Temperatur, die Dichte und die abgeschätzte Massendurchflussrate (die Massendurchflussrate, wie sie iterativ über Abtastperioden korrigiert ist) korrigiert, um FRCORR wie folgt zu bestimmen: FRCORR = FRRAW – ΔFR0 – ΔFRT + ΔFRp + ΔFRm ΔFR0 ist ein Kompensationswert, der Änderungen in dem Frequenz-Ansprechverhalten der Durchflussröhren in Abhängigkeit einer physikalischen Befestigung des Durchflussmessers berücksichtigt. Die physikalische Befestigung des Durchflussmessers in seiner beabsichtigten Anwendung kann das Schwingungs-Ansprechverhalten der Durchflussröhren, verglichen mit der physikalischen Befestigung, verwendet dazu, den Durchflussmesser zum Zeitpunkt der Herstellung zu kalibrieren, ändern. ΔFR0 wird durch Messung des Frequenzverhältnisses bei der Installation oder beim erneuten Stellen auf Null des Durchflussmessers bestimmt (FRX, befestigt an dem vorgesehenen Anwendungskanal), zum Subtrahieren des Frequenzverhältnisses, gemessen bei der Kalibrie rung (FR0, befestigt an einer Kalibrierungshalterung). Das gemessene Installations-Frequenzverhältnis (FRS) wird auch hinsichtlich Differenzen in der Installationstemperatur eingestellt, verglichen mit einer Kalibrierungstemperatur. ΔFR0 wird bestimmt wie folgt: ΔFR0 = FRS – (fT(T0) – fT(TS)) – FR0 wobei fT(T0) ein Polynom in T0 (Kalibrierungstemperatur der Durchflussröhren) ist, geeignet für den bestimmten Durchflussmesser, und fT(Ta) ein Polynom in TS ist (Installationstemperatur der Durchflussröhren), geeignet für den bestimmten Durchflussmesser. ΔFRT ist ein Kompensationsfaktor, der Änderungen in dem Frequenzverhältnis der Durchflussröhren in Abhängigkeit von Änderungen in der Durchflussröhrentemperatur gegenüber der Kalibrierungstemperatur berücksichtigt. Genauer gesagt wird ΔFRT wie folgt bestimmt: ΔFRT = fT(T0) – ft(Tm)wobei fT(T0) ein Polynom in T0 (Kalibrierungstemperatur der Durchflussröhren) ist, geeignet für den bestimmten Durchflussmesser, und ft(Tm) ein Polynom in Tm ist (momentan gemessene Temperatur der Durchflussröhren), geeignet für den bestimmten Durchflussmesser.
  • ΔFRρ ist ein Kompensationsfaktor, der Änderungen in dem Frequenzverhältnis der Durchflussröhren in Abhängigkeit von Änderungen in der Materialdichte, die innerhalb der Durchflussröhren fließt, gegenüber einer Kalibrierungsdichte, berücksichtigt. Genauer gesagt wird ΔFRρ bestimmt wie folgt: ΔFRρ = fρ(ρ0) – fρ(ρm)wobei fρ(ρ0) ein Polynom in ρ0 (Kalibrierungsdichte des Materials in den Durchflussröhren) ist, geeignet für den bestimmten Durchflussmesser, und fρ(ρm) ein Polynom in ρm ist (momentan gemessene Dichte des Materials in den Durchflussröhren), geeignet für den bestimmten Durchflussmesser.
  • ΔFRm ist ein Kompensationsfaktor, der Änderungen in dem Frequenzverhältnis in den Durchflussröhren in Abhängigkeit von Änderungen in der Massendurchflussrate durch die Durchflussröhren berücksichtigt. Genauer gesagt wird ΔFRm wie folgt bestimmt: ΔFRm = fm(m)wobei fm(m) ein Polynom in m (die Massendurchflussrate, wie sie iterativ über Abtastperioden korrigiert ist) ist, geeignet für den bestimmten Durchflussmesser. Der Massendurchflussraten-Kompensationsfaktor ist in dem Sinne iterativ, dass der Korrek turfaktor erzeugt wird, teilweise als eine Korrektur gegenüber dem zuvor korrigierten Wert der letzten Abtastperiode. Dieser bestimmte Kompensationsfaktor liefert deshalb eine Rückführungssteuerung in Bezug auf die Korrektur der Massendurchflussrate basierend auf verschiedenen Korrekturberechnungen.
  • Indem das Verhältnis so berechnet und korrigiert ist, kann der Druck, der dazu zugeordnet ist, durch Standardberechnungen, basierend auf der Kalibrierungskurve, eingerichtet bei der Herstellung, unter Zuordnung eines Drucks mit einem Frequenzverhältnis, bestimmt werden. Eine Polynom-Funktion, die einer Kurve entspricht, die die Kalibrierungsdaten des Frequenzverhältnisses als eine Funktion des Drucks anpasst, kann auf FRCORR angewandt werden. Alternativ können standardmäßige Tabellendurchsicht- und Interpolationstechniken auf eine Tabelle angewandt werden, die die gemessenen Kalibrierungsdaten, korrelierend ein Frequenzverhältnis zu einem Druck, darstellt.
  • In Abhängigkeit von dem bestimmten Durchflussmesser und seiner Anwendung sind einige oder alle der vorstehend beschriebenen Korrekturen des groben Verhältnisses FRRAW nicht notwendig, um eine Druckmessung mit einer geeigneten Genauigkeit zu bestimmen. Zum Beispiel kann, falls die Frequenzen der Schwingungstypen, die von Interesse für einen gegebenen Durchflussmesser in einer bestimmten Anwendung sind, nicht durch Änderungen in Befestigungsbedingungen, der Temperatur, der Dichte und der Massendurchflussrate beeinflusst oder diesen unterwarfen werden, dann FRRAW direkt verwendet werden, um die Druckmessung zu berechnen, wie dies vorstehend beschrieben ist. Falls die Frequenzen der Schwingungstypen, die für einen bestimmten Durchflussmesser von Interesse sind, durch nur bestimmte solche der Befestigungsbedingungen, der Temperatur, der Dichte oder der Massendurchflussrate beeinflusst werden, muss FRRAW nicht für diese Faktoren, die einen Effekt haben, korrigiert werden.
  • Es kann auftreten, dass einer der Schwingungstypen, verwendet für einen bestimmten Durchflussmesser, nicht durch Änderungen m Druck, in den Befestigungsbedingungen, in der Temperatur, der Dichte und der Massendurchflussrate beeinflusst werden kann, oder dass die Effekte aufgrund von Änderungen in diesen Parametern innerhalb der Genauigkeit der erforderlichen Druckmessung vernachlässigbar sind. Unter diesen Bedingungen kann man den Druck durch Messen nur einer einzelnen Frequenz bestimmen. Ein Beispiel ist ein Durchflussmesser, der eine Biegetyp-Frequenz besitzt, die nicht beeinflusst ist, die vernachlässigbar beeinflusst ist oder nicht Änderungen in den vorstehend erwähn ten Faktoren, umfassend den Druck, unterworfen werden. Ein Druck wird durch Messen der Verdrehtyp-Frequenz und direktes Inbezugsetzen der Verdrehtyp-Frequenz zu dem Druck bestimmt. Dies wird durch die Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben sind, durchgeführt, allerdings mit der Annahme, dass nur die Frequenzen, verwendet in dem Frequenzverhältnis, entweder der Zähler oder der Nenner, wie dies geeignet ist, ein konstanter Wert ist. Dort, wo ein Durchflussmesser eine Biegetyp-Frequenz, zum Beispiel, besitzt, die durch die vorstehend angegebenen Faktoren beeinflusst werden, allerdings in einem relativen Grad im Wesentlichen geringer als dies die Verdrehtyp-Frequenz für diesen Durchflussmesser ist, beeinflusst wird, könnte man eine niedrigere Druckmessungsfunktion akzeptieren und nur die Verdrehtyp-Frequenz für deren Druckmessung und Druckkompensation verwenden.
  • Es ist für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich, dass die Verfahren der vorliegenden Erfindung ebenso bei schwingenden Röhrendensitometern anwendbar sind. Die Messungsröhre eines schwingenden Röhrendensitometers wird in zwei Typen einer Schwingung, wie dies vorstehend beschrieben ist, angeregt. Die zwei Frequenzen werden so gemessen und verarbeitet, wie dies vorstehend beschrieben ist, um ein Signal zu erzeugen, das für den Druck innerhalb der schwingenden Röhre indikativ ist. Da Densitometer nicht dazu verwendet werden, eine Massendurchflussrate zu messen, wird die Druckmessung als eine Druckindikation und eine gemessene Dichte-Kompensation verwendet und wird nicht verwendet, wie vorstehend beschrieben ist, zum Kompensieren des Signals der Massendurchflussrate.
  • Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern andere Modifikationen und Änderungen innerhalb des Schutzumfangs und des Gedankens des erfindungsgemäßen Konzepts umfasst. Insbesondere können die Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei Coriolis-Effekt-Massendurchflussmessern mit einer Vielfalt von Röhrenformen angewandt werden, umfassend sogenannte „U"-förmige Röhren, gerade Röhren, und andere. Viele Variablen tragen zu der Kalibrierung der Verfahren der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine bestimmte Durchflussmesser-Konfiguration bei. Deshalb sind die Daten, die anhand der verschiedenen Figuren dargestellt sind, nur illustrativ. Da die vielen Variablen beteiligt sind, kann nicht angenommen werden, dass die numerischen Werte, die dargestellt sind, durch andere einfach reproduziert werden können.

Claims (24)

  1. Verfahren zum Bestimmen des Drucks in einem Durchflussmesser (10) mit einer schwingenden Durchflussröhreneinrichtung (130, 130'), das die folgenden Schritte umfasst: Versetzen der Durchflussröhreneinrichtung (130, 131') in Schwingung in einem ersten Schwingungstyp (14, 1000, 1002), bei dem die Längsachse entlang der Länge der oder jeder Durchflussröhre der Durchflussröhreneinrichtung schwingend aus der Ruheposition verschoben wird, die von der Längsachse eingenommen wird, wenn die Durchflussröhreneinrichtung nicht in Schwingung versetzt wird; Bestimmen (702, 704, 706) einer ersten Resonanzfrequenz der Durchflussröhreneinrichtung bezüglich des ersten Schwingungstyps der Durchflussröhreneinrichtung; gekennzeichnet durch: Versetzen der Durchflussröhreneinrichtung (130, 130') in Schwingung in einem zweiten Schwingungstyp (12, 104, 106), bei dem die Längsachse entlang der Länge der oder jeder Durchflussröhre der Durchflussröhreneinrichtung schwingend aus der Ruheposition verschoben wird, die von der Längsachse eingenommen wird, wenn die Durchflussröhreneinrichtung nicht in Schwingung versetzt wird, wobei der zweite Schwingungstyp auf Änderungen des Drucks in der Durchflussröhreneinrichtung anders anspricht als der erste Schwingungstyp; Bestimmen (712, 714, 716) einer zweiten Resonanzfrequenz der Durchflussröhreneinrichtung in Reaktion auf die Schwingung in dem zweiten Schwingungstyp; und Bestimmen (756) des Drucks in dem Durchflussmesser durch Berechnen des Verhältnisses zwischen der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Schwingungstyp die Durchflussröhreneinrichtung in einem Biegetyp (14) in Schwingung versetzt und wobei der zweite Schwingungstyp die Durchflussröhreneinrichtung in einem Verdrehtyp (12) in Schwingung versetzt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck bei einer Null-Durchflussmenge des Materials bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck bei Durchflussmengen des Materials über Null bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Durchflussmesser ein Coriolis-Durchflussmesser ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Durchflussmesser ein schwingender Röhren-Dichtemesser ist.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer nicht korrigierten Durchflussmenge (754) des Materials, das durch den Durchflussmesser fließt; und Herleiten einer korrigierten Durchflussmenge (758) für das Material in Reaktion auf die Bestimmung der nicht korrigierten Durchflussmenge (754) und die Druckbestimmung (756).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Bestimmens des Verhältnisses einschließt: Bestimmen eines ersten Kalibrierverhältnisses, wenn der Durchflussmesser mit Material mit einer ersten Durchflussmenge kalibriert wird; Bestimmen eines zweiten Kalibrierverhältnisses, wenn der Durchflussmesser mit Material mit einer zweiten Durchflussmenge kalibriert wird; Erzeugen eines Verhältniskompensations-Wertes in Reaktion auf das Bestimmen des ersten Kalibrierverhältnisses und des zweiten Kalibrierverhältnisses; Kompensieren des Verhältnisses mit dem Verhältniskompensations-Wert in Reaktion auf die korrigierte Durchflussmenge; und wobei der Druck in Reaktion auf das kompensierte Verhältnis bestimmt wird.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei der Schritt des Bestimmens der ersten Resonanzfrequenz die folgenden Schritte einschließt: Erfassen eines ersten Signals (702), das durch Bewegung eines ersten Sensors erzeugt wird, der mit der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung des Durchflussmessers verbunden ist; Erfassen eines zweiten Signals (702), das durch Bewegung eines zweiten Sensors erzeugt wird, der mit der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung des Durchflussmessers verbunden ist; und Filtern des ersten Signals und des zweiten Signals (704, 706), um eine Signalkomponente zu extrahieren, die der ersten Resonanzfrequenz entspricht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Schwingungstyp die Durchflussröhreneinrichtung in einem Biegetyp in Schwingung versetzt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Filterns die folgenden Schritte einschließt: Addieren (704) des ersten Signals zu dem zweiten Signal, um ein isoliertes Signal mit einer starken Frequenzkomponente in dem Biegetyp herzustellen; und Verstärken (706, 708, 710) des isolierten Signals, um unerwünschte Komponenten in dem isolierten Signal zu beseitigen und ein verstärktes Signal in dem Biegetyp herzustellen.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, das des Weiteren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer nicht korrigierten Durchflussmenge (754), die Material entspricht, das durch den Durchflussmesser fließt, in Reaktion auf die Schwingungen der Durchflussröhreneinrichtung in dem Biegetyp; und Herleiten einer korrgierten Durchflussmenge (756, 758) für Material, das durch den Durchflussmesser fließt, in Reaktion auf das Bestimmen der nicht korrigierten Durchflussmenge und die Druckbestimmung.
  13. Verfahren nach den Ansprüche 1 und 2, wobei der Schritt des Bestimmens der zweiten Resonanzfrequenz die folgenden Schritte einschließt: Erfassen eines ersten Signals (702), das durch Bewegung eines ersten Sensors erzeugt wird, der an der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung des Durchflussmessers angebracht ist; Erfassen eines zweiten Signals (702), das durch Bewegung eines zweiten Sensors erzeugt wird, der an der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung des Durchflussmessers angebracht ist; und Filtern des ersten Signals (712, 714) und des zweiten Signals, um eine Signalkomponente zu extrahieren, die der zweiten Resonanzfrequenz entspricht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Schwingungstyp die Durchflussröhreneinrichtung in einem Verdrehtyp in Schwingung versetzt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Filterns des ersten Signals und des zweiten Signals die folgenden Schritte einschließt: Subtrahieren (712, 714) des zweiten Signals von dem ersten Signal, um ein isoliertes Signal mit einer starken Frequenzkomponente in der Verdrehtyp-Frequenz herzustellen; und Verstärken (716, 718, 720) des isolierten Signals, um unerwünschte Komponenten in dem isolierten Signal zu isolieren und ein verstärktes Verdrehtyp-Frequenzsignal zu erzeugen.
  16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Durchflussröhreneinrichtung gleichzeitig sowohl in dem ersten Schwingungstyp als auch dem zweiten Schwingungstyp in Schwingungen versetzt wird.
  17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Durchflussröhreneinrichtung nacheinander jeweils in dem ersten Schwingungstyp und in dem zweiten Schwingungstyp in Schwingung versetzt wird.
  18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei der Schritt des Bestimmens des Drucks einschließt: Bestimmen eines Verhältnisses (756) zwischen der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz; Kompensieren (756) von Änderungen des Verhältnisses in dem Verhältnis, die durch Änderungen eines Parameters des Durchflussmessers verursacht werden; und wobei der Druck in Reaktion auf das Kompensieren des Verhältnisses bestimmt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Parameter der Anbringungszustand des Durchflussmessers ist und wobei der Schritt des Kompensierens umfasst: Bestimmen eines ersten Kalibrierverhältnisses (756), wenn der Durchflussmesser in einem ersten Anbringungszustand kalibriert wird; Bestimmen eines zweiten Kalibrierverhältnisses (756), wenn der Durchflussmesser für seinen geplanten Einsatz in einem zweiten Anbringungszustand installiert ist; Erzeugen eines Verhältniskompensations-Wertes in Reaktion auf das Bestimmen des ersten Kalibrierverhältnisses und des zweiten Kalibrierverhältnisses, Kompensieren des Verhältnisses mit dem Verhältniskompensations-Wert; und wobei der Druck in Reaktion auf das kompensierte Verhältnis bestimmt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Parameter die Temperatur der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung ist und wobei der Schritt des Kompensierens umfasst: Bestimmen eines ersten Kalibrierverhältnisses (756), wenn der Durchflussmesser bei einer ersten Temperatur kalibriert wird; Bestimmen eines zweiten Kalibrierverhältnisses (756), wenn der Durchflussmesser bei einer zweiten Temperatur kalibriert wird; Erzeugen eines Verhältniskompensations-Wertes in Reaktion auf das Bestimmen des ersten Kalibrierverhältnisses und des zweiten Kalibrierverhältnisses; Messen der Temperatur der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung; Kompensieren des Verhältnisses mit dem Verhältniskompensations-Wert in Reaktion auf die gemessene Temperatur; und wobei der Druck in Reaktion auf das kompensierte Verhältnis bestimmt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Parameter die Dichte des Materials in der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung ist und wobei der Schritt des Kompensierens umfasst: Bestimmen eines ersten Kalibrierverhältnisses (756), wenn der Durchflussmesser mit Material mit einer ersten Dichte kalibriert wird; Bestimmen eines zweiten Kalibrierverhältnisses (756), wenn der Durchflussmesser mit Material mit einer zweiten Dichte kalibriert wird; Erzeugen eines Verhältniskompensations-Wertes in Reaktion auf das Bestimmen des ersten Kalibrierverhältnisses und des zweiten Kalibrierverhältnisses; Messen der Dichte des Materials in der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung; Kompensieren des Verhältnisses mit dem Verhältniskompensations-Wert in Reaktion auf die gemessene Dichte; und wobei der Druck in Reaktion auf das kompensierte Verhältnis bestimmt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck unabhängig von der Dichte des Materials bestimmt wird.
  23. Vorrichtung zum Bestimmen von Druck in einem Durchflussmesser mit einer schwingenden Röhreneinrichtung, die Material enthält, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Einrichtung (20, 2008), die die Durchflussröhreneinrichtung in einem ersten Schwingungstyp in Schwingung versetzt, bei dem die Längsachse entlang der Länge der oder jeder Durchflussröhre der Durchflussröhreneinrichtung schwingend aus der Ruheposition verschoben wird, die von der Längsachse eingenommen wird, wenn die Durchflussröhreneinrichtung nicht in Schwingung versetzt wird; eine Sensoreinrichtung (16, 18), die an der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung angebracht ist und von ihr in Schwingung versetzt wird und so betrieben werden kann, dass sie in Reaktion auf die Bewegung der Durchflussröhreneinrichtung Signale erzeugt; eine Einrichtung (204), die auf die Schwingung der Sensoreinrichtung anspricht und eine erste Frequenz bestimmt, die den ersten Schwingungstyp darstellt; gekennzeichnet durch: eine Einrichtung (21R, 21L, 2008), die die Durchflussröhreneinrichtung in einem zweiten Schwingungstyp in Schwingung versetzt, bei dem die Längsachse entlang der Länge der oder jeder Durchflussröhre der Durchflussröhreneinrichtung schwingend aus der Ruheposition verschoben wird, die von der Längsachse eingenommen wird, wenn die Durchflussröhreneinrichtung nicht in Schwingung versetzt wird, wobei der zweite Schwingungstyp auf Änderungen des Drucks in der Durchflussröhreneinrichtung anders anspricht als der erste Schwingungstyp; eine Einrichtung (204), die des Weiteren auf die Schwingung der Sensoreinrichtung anspricht und eine zweite Frequenz bestimmt, die den zweiten Schwingungstyp darstellt; eine Einrichtung (212), die ein Verhältnis zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz bestimmt; eine Einrichtung (204), die die Dichte des Materials in der schwingenden Durchflussröhreneinrichtung misst; eine Einrichtung (212), die das Verhältnis in Reaktion auf die gemessene Dichte kompensiert; und eine Einrichtung (212), die den Druck in Reaktion auf das Kompensieren des Verhältnisses bestimmt.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der erste Schwingungstyp die Durchflussröhreneinrichtung in einem Biegetyp (13) in Schwingung versetzt und wobei der zweite Schwingungstyp die Durchflussröhreneinrichtung in einem Verdrehtyp (12) in Schwingung versetzt.
DE69723706T 1996-08-14 1997-08-12 Verfahren und vorrichtung zur druckmessung in einem nach dem coriolisprinzip arbeitenden massendurchflussmesser Expired - Lifetime DE69723706T2 (de)

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